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Moteur à, combustion interne à deux temps muni d'accumula- teurs de chaleur construits intérieurement.
L'invention concerne un moteur à combustion interne , deux temps muni d'accumulateurs de chaleur construits intérieurement, c'est-à-dire une machine mo- trice thermique qui, après que l'agent moteur a été comprimé à l'état froid jusqu'à la pression la plus hau- te du cylindre moteur dans une pompe de compression sépa- rée, reçoit cet agent, introduit par des obturateurs com- mandés, sur le côté froid des accumulateurs de' chaleur, et dans laquelle l'agent moteur, âpres sa détente produc- trice
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trice de travail dans le cylindre moteur, est refoulé hors de la chambre de travail à travers un obturateur d'échappement.
Le cylindre moteur repoit donc pour chaque course motrice une charge franche de l'agent moteur effectuant le circuit de travail. Si le moteur à deux temps ne délivre pas ses gaz -d'échappement dans'l'atmosphère naturelle et s'il est au con- traire prévu une atmosphère artificielle, de pression supé- rieure a la pression atmosphérique, hors de laquelle la pompe d'admission du moteur à deux temps aspire les gaz de combus- tion servant d'agent moteur et les refoule en circuit fermé ' dans le cylindre de travail du moteur, il est en outre né- cessaire d'introduire l'air de combustion, comprima à la pres- sion la plus haute du cylindre moteur (ainsi que le combustible si l'on fait usage d'an combustible gazaux) dans le circuit fermé, auquel cas le poids équivalent de gaz de combustion doit être retiré du circuit fermé.
L'introduction des gaz frais et l'enlèvement des gaz de combustion s'effectuent aussi avantageusement à travers des accumulateurs de chaleur (auxi- liaires) qui, de la même manière que l'accumulateur principal, sont construits dans le cylindre moteur ou en communication permanente avec lui. Toutefois, les accumulateurs principaux et auxiliaires qui sont en communication permanente avec le cylindre moteur, c'est-à-dire qui sont construits dans ce cylindre, augmentent beaucoup l'espace nuisible du dit cy- lindre, même lorsque, en vue de diminuer le plus possible le volume des dits accumulateurs de chaleur,ceux-ci sont établis avec des fentes de passage aussi étroites que possible.
Plus la puissance spécifique que doit dévelop- per le cylindre moteur de la machine est élevée, plus les di- mensions qu'il faudra donner aux accumulateurs de chaleur se- ront grandes et plus le volume des accumulateurs sera grand par rapport au volume effectif du cylindre moteur. Par"volume
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des accumulateurs de chaleur"., on n'entend désigner ici que le seul volume des fentes de passage des dits accumu- lateurs.
L'espace nuisible, constitué par le volume des accumulateurs de chaleur a toutefois un effet extrême- ment préjudiciable sur le rendement des machines de ce genre et c'est pourquoi le but des dispositifs proposés .jusqu'à ce jour était de diminuer le plus possible cet es- pace nuisible, A cet effet, on devait, principalement en diminuant le plus possible les largeurs des fentesdes ac- cumulateurs de chaleur, diminuer le plus possible leurs dimensions, ce qui avait toutefois comme conséquence une diminution de la régénération de chaleur. On ne peut donc pas éviter l'application d'accumulateurs de chaleur aussi grands que possible, et il est par conséquent nécessaire de résoudre le problème qui consiste à éviter les incon- vénients du grand espace nuisible de ces accumulateurs.
Les inconvénients de l'espace nuisible cons- titué par les accumulateurs de chaleur sont, dans les moteurs à deux temps, les suivants: ' '
Dans toutes les machines motrices à piston dans lesquelles l'agent moteur est introduit sous pression puis détendu dans le cylindre moteur, il faut que les es- paces nuisibles soient remplie avant que soit atteinte la pression maximum. Jusque ce jour, ceci se produisait, dans les machines dans lesquelles au'cune compression n'a lieu - avant l'introduction de la nouvelle charge, par la première fraction de l'agent moteur pénétrant dans le cylindre mo- teur, lequel agent doit pénétrer sous la pleine pression d'admission dans les espaces soumis à la pression d'échappe- ment notablement plus basse.
L'énergie de pression de l'- agent moteur remplissant les espaces nuisibles, énergie qui
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correspond à la différence des pressions d'admission et d'échappement, est toutefois entièrement perdue, ce qui représente une perte de travail importante. Cette perte croit, dans le cas d'accumulateurs de chaleur construits intérieurement, proportionnellement à la grandeur de l'- espace nuisible et devait être diminuée en ayant recours à une compression partielle par laquelle l'agent de tra- vail resté dans le cylindre de la course motrice précé dente devait, avant l'introduction, de la charge fraîche, être comprimé autant que possible, jusqu'à la pression d'- admission pendant une dernière partie- appelée section de compression- de la course de retour du piston.
Toutefois la compression de l'agent moteur précédant l'admission re- présente un travail négatif diminuant la puissance spci- fique de la machine, et c'est pourquoi cette méthode n'a pu être appliquée que dans les cas @@ l'espace nuisible ne constitue qu'une faible proportion de l'espace utile du cylindre moteur.
Par contre si, comme dans l'object de la demande, des accumulateurs sont construits dans le cy- lindre moteur, leur volume, même dans le cas des dimen- sions les plus faibles qui peuvent être envisagées prati- quement, augmente l'espace nuisible, par rapport à l'es- pace utile du cylindre' moteur, dans une mesure si grande, qu'il faut, pour remplir les espaces nuisibles, utiliser une grande section de compression et que le travail né- gatif devient exagérément élevé.
La longueur de la section de compression est encore augmentée par le fait que les gaz provenant du cylindre chaud qui doivent être comprimés dans l'espace nuisible de l'accumulateur de chaleur sont comprimés dans une chambre dont la température moyenne est notablement plus basse, c'est-à-dire que le gaz à l'état chaud nécessaire
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pour remplir les espaces nuisibles plus froids occupe un volume augmenté dans une.mesure correspondant au rapport des températures. Par conséquent, dans les machinesmunies d'accumulateurs de chaleur, une section de compression étendue jusqu'à la longueur entière de la course se suffi- rait même pas, en général, pour élever la pression de la pression d'échappement à la pression d'admission.
La pression de la charge de gaz provenant du cylindre chaud et remplissant l'accumulateur de cha.: leur appelée ci-près (charge d'accumulateur) et lé passage de la charge d'accumulateur dans le cylindre pendant la détente présentent toutefois des inconvénients thermiques.
Pour augmenter le rendement thermique de la machine, il faut en effet que la chute de température en- tre l'extrémité chaude et l'extrémité froide de l'accu- mulateur de chaleur soit sussi grande que possible, et il faut par conséquent que la température du côté chaud de l'accumulateur soit maintenue à une valeur aussi élevée que le permet la matière dont est fait l'accumulateur.Comme il ressort du diagramme thermique (décrit plus loin) de.
la machine, il est en outre avantageux de faire travailler la machine de telle manière que l'agent de travail péné- trant dans le cylindre à travers l'accumulateur de chaleur soit échauffé par combustion interne jusqu'à une tempéra- ture qui excède la température maximum de l'accumulateur de chaleur d'une quantité telle que, à la fin de la déten-' te adiabatique de l'agent de travail, effectuée pendant le développement de travail, cet agent se refroidisse exactement à la température la plus haute de l'accumulateur de chaleur, de sorte que l'échappement s'effectue à cette température.
Fig.l montre le diagramme thermique du moteur
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à combustion à deux temps à accumulateur interne représen- té schématiquement sur la fig., l'action des espaces nuisibles, c'est-à-dire l'influence de la charge d'accu- mulateur étant négligée. Dans la fig.l, les ordonnées re- présentent les températures absolues de l'agent moteur, et les abscisses représentent les entropies. P1 et P2 sont les lignes de pression constante correspondant aux pres- sions P1 et P2. L'agent moteur pénètre à la température Tl du réfrigérant et à la pression la plus haute P2 du cir- cuit dans ltaccumulateir de chaleur 5 (fig. 2) par le côté froid du dit accumulateur.
L'agent moteur pénètre à travers l'accumulateur dans le cylindre moteur 1 pendant que le piston moteur 4 est déplacé vers l'extérieur d'une distance telle que la pression p2 régnant dans la chambre de travail reste d'abord constante. Le côté chaud de l'accumulateur de chaleur 5 possède la température maximum T2 que permet la matière dont il est fait, de sorte que, pendant la sor- tie à travers l'accumulateur de chaleur, l'agent moteur s'échauffe jusqu'à T2 sous une pression constante, ce changement d'état correspondant sur la fig.l à la section a-b de la ligne de pression constante P2. La chaleur absor- bée dans l'accumulateur est peprésentée par la surface a b s2 .Si a. Lorsque l'agent moteur a pénètre dans le cy- lindre 1, sa température est élevée à T3, sous la pression constante P2, par la combustion interne.
Le changement d'- état qui en résulte correspond à la section b-c de la cour- be de pression constante P2. Pendant l'achèvement de la cour- se du piston 4 vers l'extérieur, l'introduction de l'agent moteur et du combustible est-interrompue, le dorte qu'il s'effectue dans la chambre de travail une détente adiabati- que suivant la courbe adiabatique, c-d jusqu'à la pression minimum 21 du circuit..Si la température T3 est convenablement
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choisie, l'agent moteur atteint, à l'extrémité d dm. refroi- dissement adiabtique, précisément la température maximum admissible T2 de l'accumulateur de chaleur.
Par conséquent, si dans la comrse de retour du piston 4, les gaz de tra- vail pénètrent dans. l'accumulateur de chaleur, la tempé- rature de cet accumulateur ne subit pas de variation. L'ex-
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pulsion des gaz de travail détendus s'effectue à travers l'accumulateur de chaleur sous une pression constante P1 suivant la courbe de pression constante d-e, l'agent de
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travail se refroidissant jusqu'aTl et cédant la quantité de chaleur e d 4 s3 e h l'accumulateur de chaleur. Comme les deux lignes de pression constante a-b et '-2 sont e*qui- distantes, les surfaces a b s2 sl a et e d 4 s3 e sont équi valentes, c'est-à-dire que les quantités de chaleur em- prunctées et restituées à l'accumulateur de chaleur sont égales. L'équilibre de chaleur de'l'accumulateur est donc assuré.
Si l'agent moteur est comprimé isothermiquement
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de la pression d'échappement 1 , la pression d'admisson 2 le circuit¯ sera fermé par l'isotherme e-a. La surface .s .? .c d 4 représente les quantités de chaleur qui doivent être . introduites par combustion interne, et la surface sl a e 3 , représente les quantités de chaleur qui doivent être éli- minées par le réfrigérant, tandis que la surface a b -ç d e a est proportionnelle au travail développé.
Pour le rende-
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ment thermique, le rapport T- Tl est le 'facteur âétermi- nant, T4 désignant la température moyenne de l'apport de chaleur.. '
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Si, dans le but de remplir les espaces ndisi- bles jusqu. la pression d'admission E2, 'on comprimait adia- batiquement la fraction de 1;
1, agent cylindre après la course d'échappement, fraction qui pos-
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sède la température la plus haute de l'accumulateur, la température du gaz comprimé dans l'accumulateur de chaleur, et par suite celle de l'extrémité chaude du dit accumula- teur, s'élèveraient progressivement jusqu'à T, de sorte 'que, ou bien l'accumulateur de chaleur serait détruit, sur le côté chaud, ou bien il faudrait abaisser la température maximum T3 du circuit à la valeur T2 et abaisser le tempé- raturemaximum qui règne dans 1'accumulateur avant la com- pression de la valeur T2 à une valeur correspondant à la détente adiabatique de 62 à p1, diminuant ainsi le ren- dement thermique de la machine.
La quantité de gaz qui, pendant l'élévation de pression de la pression d'échappement à la pression d'- admission a servi a remplir l'espace nuisible, ou une quan- tité de gaz égale à la première, doit, pendant la chute de pression qui se produit dans la période de détente, sor- tir de nouveau des espaces nuisibles. Dans les machines antérieures, cette sortie avait lieu entièrement dans la chambre de travail chaude. S'il n'existe pas d'accumulateur de chaleur, une telle sortie correspond à une expansion adia- batique de la quantité de gaz contenue dans l'espace nuisi- ble de la pression d'afmission à la pression d'échappement.
Cette expansion est une image symétrique exacte de la com- pression, effectuée en vue de remplir les espaces nuisibles, de la pression d'échappement à la pression d'admission.Dans ce cas, les productions de travail positive et négative se compensent pendant l'expansion et la compression, et le cir- cuit thermodynamique de la machine n'est pas influencé par l'espace nuisible.
Par contre, s'il existe un accumulateur de cha- leur, la sortie de la charge d'accumulateur correspond éga- lement une expansion, mais celle-ci ne peur pas être une image symétrique du changement d'état qui s'est effectué pendant
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pendant la compression de la charge d'accumulateur. La charge d'accumulateur accomplit donc le circuit thermody- namique décrit relativement au diagramme thermique de la. fig.3. Ce circuit développe'du travail, mais avec un ren- dement thermique qui est notablement plus défavorable que ' celuis du circuit de la charge proprement dite.
Dans la fig.3, les lignes minces repré- sentent le circuit thermodynamique de la charge principa- le, et les lignes fortes représentent celui de la charge d'accumulateur.
Comme il ressort de cette figure, lorsque la compression est terminée, la charge d'accumulateur se trouve l'état comprimé à la pression maximum pe dans les couches de diverses températures de l'accumulateur, c'est- -dire, qu'elle possède,en moyenne,une température moyenne T5. L'état moyen de la charge d'accumulateur -est représen- té par un point f qui est situé sur la courbe de pression constante P2 à un endroit correspondant . la température² moyenne T5. Pendant le passage de la charge principle à travers l'accumulateur, la charge d'accumulateur compri- mée dans L'accumulateur est expulsée et pénètre dans la chambre de travail chaude, mais, a la fin de la période de charge, il reste dans l'accumulateur la même quantité de gaz et dans le même état.
Le processus 'peut donc être considéré comme si. la charge d'accumulateur était restée dans l'état représenté par le point f. L'expansion com- mence ensuite au point f. A la fin de l'expansion,, la pression de la charge d'accumulateur est descendue égale- ment à P1 de sorte que son état peut être caractérisé par un point quelconque situé sur la courbe de pression cons- tante P1.
Pendant l'expansion, chaque particule de la charge d'accumulateur sort de l'accumulateur . la température maxi-
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muni T2 mais se refroidit pendant la détente a une valeur inférieure à cette température..La première particule sortant au commensement de l'expansion effectue la chute de pression
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adiabatique entière de 2 h.El dans le cylindre,c'est-h- dire suivant la ligne b 1, tandis que la dernière particu- le effectue sa chute*de preasi-on au contact de l'extrémité.
chaude de 1'accumulateur, c'est-à-dire .en conservant cons- tamment la température T2, et atteint par conséquent, sui- vant l'isotherme b-d, la pression ]21.Les diverses parti-
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cules de la quantité de gaz sortie se trouvent donc 'à des températures diverses correspondant aux points compris en-
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tre ±, et d. L'état moyen de toute la fraction sortie de la charge d'accumulateur est caractérise par le points de
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température T6 et de pression 2' L'expansion moyenne s'- effectue donc suivant la ligne f-g.
Pendant la course d'- échappement, la charge d'accumulateur qui se trouve naintenant dans la chambre de travail chaude est expulsée sous une pression constante, suivant la ligne de pression cons-
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tante Pn, à travers l'accumulateur de chaleur, les gaz se refroidissant dans l''accumulateur de chaleur, puis dans le réfrigérant jusqu'à la température T1. Le point e situé sur la ligne de pression constante P1 caractérisé l'état de la charge d'accumulateur à ce moment. De l'état e, la char- ge d'accumulateur revient à la température initiale T5, et à la pression P2 et atteint selon la variation noyenne d'- état e-f l'état!. La charge d'accumulateir effectue le
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cycle de travail fermé J .t .S J3 en produisant un.' travail équivalent à cette surface de chaleur.
La production de travail s'effectue dans ce cas'aux dépens de la chaleur de
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l'accumulateur, 6tart donné que les quantités de chaleur empruntées a l'accumulateur de chaleur sont e f 5 s,, e pen- dant la compression et f s6 s5 f pendant If expansion, soit au total e f ± 3' tandis qu'il n'est restitué à
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a l'accumulateur pendant l'échappement que la quantité de chaleur plus petite ¯e ± 6 ..
Le circuit de travail de la charge d'accumu- lateur dérange donc l'éqùÍl1ire de chaleur de l'accumula- teur, et l'état de stabilité du dir accumulateur ne peut plus être maintenu que si- la charge principale est refou- lée à travers l'accumulateur, pendant 1 ' échappement?! non
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pas a la. température T2. mais'1.à une température plus éle... vée.
Seule la fraction f' ¯Bg 7 de la quantité de chaleur !'I±.'6 5 empruntée par l'accumulateur pendant l'- expansion est restituée, la différence 5 ! I±. f' 7 est dfunc finalement empruntée à l'accumulateur et représente la quantité de chaleur qui doit être introduite dans l'exécu-
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tion du circuit ¯e f e. Cette quantité de chaleur est dé- livrée au gaz à la température moyenne T7' Pendant l'échap- pement, la quantité de chaleur s3 e f' 7 est restituée à l'accumulateur z partir du point f', mais pendant la com- pression, il n'est emprunté que la quantité de chaleur s3 ¯e ¯f j3g qui, si el-fl constitue une ligne parallèle 'a e-f. est égale à l'aire 8.t fl 7.
Les parties inférieures, plus froides, de l'accumulateur de chaleur absorbent donc la quantité de chaleur 3' f'2' s8 qui constitute la dif- férence et qui représente, pour le circuit de la charge d'- accumulateur, la quantité-de chaleur qui doit finalement être éliminée. Cette élimination de chaleur a lieu à la température moyenne T8.
Comme T7 est notablement plus faible que T4 et que Tg est plus élevée que Tl, le rendement thermique T7 - Tg qui s'applique au circuit thermodynamique de la. charge d'accumulateur, est notablement plus faible que celui
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de la charge principale. Le mauvais rendement thermique de la charge d'accumulateur diminue à son tour le rende- ment thermique de la machine dans une mesure d'autant plus grande que la charge d'accumulateur est plus grande par rapport à celle de la machine.
Le but de l'invention est d'écarter ces incon- vénients en faisant en sorte que la sortie de la charge d'accumulateur hors des accumulateurs de-chaleur s'effec- tue vers le cêté froid, pendant l'expansion, et que l'en- trée de cette charge s'effectue également par le côté froid des accumulateurs, sous une élévation de pression constante, pendant la compression simultanée qui a lieu dans la chambre de travail.
Suivant l'invention, ceci est obtenu en raison du fait qu'on raccorde aux parties du cylindre moteur qui se trouvent entre les organes d'admission et d'échappe- ment du dit cylindre et les accumulateurs de chaleur des chambres d'expansion dont le contenu variable est régi dans le temps de travail du moteur et qui pendant la dé- tente ayant lieur dans le cylindre moteur, sont agrandies de telle sorte qu'elles reçoivent 1'* agent moteur en cours de détente sortant-des espaces nuisibles.
La chambre d'- expansion coopérant avec l'accumulateur principal, ou les chambres à gaz frais coopérant avec les accumulateurs auxi- liaires, sont; après la vidange de la chambre de travail effective, avant l'introduction de la charge fraîche du cy- lindre scieur, rapetissées de telle sorte que pendant la section de course de compression du piston moteur, elles compriment dans les accumulateurs de chaleur jusqu'à la pression d'introduction de la charge fraîche 1* agent moteur froid ou les gaz frais introduits par le côté froid.
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L'entrée de la charge d'accumulatemr s'ef- fectue donc sous une élévation constante de la pression, c'est-à-dire en éditant une'perte en énergies de pres- sion. La compression s'effectue toutefois par le côté froid, la charge d'accumulateur est comprimée à l'état froid dans l'accumulateur' de chaleur, ce qui, par rapport à la compression connue jusqu'ici, effectuée par le côté chaud, présente l'avantage important que la chambre de compression et le travail de compression nécessaires sont plus faibles relativement aux températures.
Le travail de compression est couvert par le travail fourni dans les chambres d'expansion à la sortie de la charge d'accumu- lateur, car la variabilité des chambres d'expansion peut être régie de telle sorte que l'entrée et la sortie de la charge d'accumulateur- la respiration de l'ac.cumulateur- s'effectuent sous forme de variations d'état symétriquement égales. Celles-ci se compensent, de sorte que la "respira- tion des accumulateurs" n'influence pas la puissance déve- loppée et le rendement thermique de la machine.
Fig.4 représente la variation d'état de la charge d'accumulateur lorsque celle-ci pendant l'expan- sion de la charge de travail, pénètre suivant l'invention, dans une chambre d'expansion variable raccordée au côté froid de l'accumulateur. Au commencement de l'expansion, la charge d'accumulateur possède la pression maximum-2 et la température moyenne T5 de l'accumulateur, son état correspondant par conséquent au point f. Comme l'expansion s'effectue vers le côté froid de l'accumulateur de chaleur ; toutes les parties de la charge d'accumulateur sortant de l'accumulateur à la température limite inférieure T1, mais se refroidissent au-dessous de cette température en raison
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du complément d'expansion qu'elles subissent ensuite dans la chambre d'expansion froide.
Comme les particules de gaz pénétrant dans la chambre d'expansion à des instants dif- férents subissent dans cette chambre des diminutions -de pression différentes, et par suite des refroidissements différents, on ne peut considérer ici que la température moyenne T9. Lorsque l'expansion est terminée, la charge d'accumulateur ayant pénètre dans la chambre d'expansion possède la température Tg, inférieure à T1, et la pres- sion P1; sont état correspond au point h. L'expansion s'- effectue donc approximativement suivant la ligne f-h. Un travail d'expansion est développé aux dépens de la cha- leur interne inhérents au gaz, et, en même temps, une quantité de chaleur correspondant à l'aire sg h f s5 est délivrée à l'accumulateur de chaleur.
Pendant la compres- sion, le changèrent d'état inverse a lieu de h à f suivant la ligne f-h. Il faut développer le travail de compression égal au travail d'expansion, la quantité de chaleur de compression eorrespondant à l'aire s9 h f s5 est absorbée par l'accumulateur et, aux dépens de cette énergie, la chaleur interne remonte à la valeur initiale, au point f.
Il est donc clair que l'expansion et la compression de la charge d'accumulateur s'effectuent sans développement de travail et ne dérangent pas l'équilibre thermique de l'accumulateur ni le rendement du circuit thermodynamique de la charge utile.
Etant donné que, suivant l'invention, l'- influence de la charge d'accumulateur peut être complète- ment éliminée, il n'existe pratiquement pas de limites pour les dimensions de l'accumulateur de chaleur.
La variabilité des espaces d'expansion reliés, suivant l'invention, au côté froid des accumulateurs peut
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être réalisée de fapons diverses.-Ainsi, par exemple, on peut prévoir à cet effet, des cylindres à piston dont les pistons sont déplacés de telle sorte que le volume de ces cylindres d'expansion varie de la fapon susindiquée. On peut aussi obtenir le même effet à l'aide d'une série de vases d'expansion qui sont soumis à des pressions diffé- rentes et qui, à laide d'une distribution, sont reliés d'- une part successivement et dans un ordre déterminé au cylih- dre moteur pendant la période d'expansion, et d'autre part successivement et dans l'ordre inverse à se cylindre à la fin de la course d'échappement.
Sur la fig.2 des dessins annexés est repré- senté un exemple de réalisation d'un moteur à deux temps suivant l'invention qui travaille par exemple en circuit fermé avec une atmosphère artificielle et dans lequel les espaces d'expansion sont constitués par des cylindres à piston.
Sur la fig.2, 1 désigne le cylindre moteur mu- ni d'un revêtement calorifuge et réfractaire 2; et 4 dési- gne le piston moteur relié au vilebrequin 3.5 est l'accumu- lateur de chaleur h. travers lequel la charge faîchebdes gaz de travail arrivant du réservoir 6 pénètre par l'inter- médiaire de la soupape d'admission commandée 7 et 8 est la soupape d'échappement commandée par laquelle les gaz s'échap- pent ou sont refoulés Sans le récipient à basse pression 9, qui représente l'atmosphère artificielle et dans lequel un réfrigérant 10 peut être dispose.
Une pompe à lusieurs étages 11, de préférence grande vites-se, aspire hors du réservoir à basse pression
9 les gaz de combustion à l'état froid qui constituent l'- agent de travail,et qui possèdent la température minimum T1
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du circuit et la pression '21 (point e sur la fig.l) et re- foule ces gaz, de préférence comprimes aussi isothermique- ment que possible à la pression P2, dans le réservoir à haute pression 6, ce qui correspond à la section e-a de fig.l. Comme l'agent de travail est compose de gaz de combustion, 'nI faut que l'air frais nécessaire pour la combustion et aussi le combustible si l'on fait usage d'a- au combustible gazeux, soient introduits dans le cylindre
1 pendant chacune Ses courses de travail.
A cet effet, le combustible gazeux et l'air sont aspirés respectivement par les pompes à basse pression 12,13 recevant leur com- mande du vilebrequin 3 du moteur, hors d'une source de gaz et dans l'atmosphère, et sont refoulés sous la pres- sion P1 dans les réservoirs à pression 14,15, respective- ment. Les pompes à haute pression gaz 16 et à air 17 qui reçoivent également leur commande du vilebrequin 3 d'une manière non représentée, aspirent le gaz et l'air par l'intermédiaire de soupapes commandées 18,19 hors des réservoirs à basse pression 14 et 15 à la pression P1 et refoulent les gaz comprimés de la manière qui sera décrite plus loin, à travers les soupapes d'admission également commandées 20,21 et les accumulateurs de cha- leur auxiliaires 22,23 dans la chambre de combustion du cylindre moteur 1.
Le poids de gaz de combustion équiva- lent au gaz frais introduit, et qui doit être séparé du circuit fermé à la pression P1, pénètre par les soupapes d'échappement commandées 24,25 dans les cylindres d'expan- sion 30,31 et, en quittant ceux-ci, se rend par les canaux 24',25', dans les pompes de dosage 35,36 qui refoulent la quantité de gaz de combustion à séparer, à la pression P1, dans le réservoir 27. Les pistons des pompes 16, 17,30,31 et 35,36 sont également actionnés par le vilebre-
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quin du moteur de la manière qui sera sécrite plus loin.
En quittant le réservoir 27, le gaz de combustion, de pres- sion P1 arrive, par l'intermédiaire du récupérateur ou régénérateur de chaleur 26, dans le moteur 'a basse pres- sion 28. Les gaz de combustion, refroidis pendant leur pas- sage %. travers les accumulateurs auxiliaires 22,23 la. la température minimum T1 du circuit de travail et emmagasi- nés à cette température dans le réservoir 27, absorbent, pendant leur passage à travers le récupérateur 26, la cha- leur de compression des gaz comprimés dans les pompes 12 et 13.
Les gaz de combustion pénètrent donc . la tempéra- ture qui correspond à la compression adiabatique d'une at- mosphère jusqu'. la pression P1 dans le moteur à basse ' pression 28 dans lequel ils développent du travail en se . détendant et fournissent le travail decompression pour les deux pompes 12 et 13. Comme le travail développé par le moteur à basse pression 28 ne suffit pas pour fournir, en addition au travail de compression, le travail de frotte- ment de l'ensemble de machine 28,12,13 il est-avantageux d'accoupler son vilebrequin 36 avec le vilebrequin 3 du moteur.
37 et 38 désignent les soupapes de refoulement des cylindres d'expansion 30,31; et 39 est un réservoir à gaz sous pression dans lequel règne la pression P2 + ¯p et qui peut être'relié par les soupapes commandées 40,41 aux ac- cumulateurs auxiliaires 22,23... ,
Suivant l'invention, au c8té froid des accumula- teurs 5,22 et 23 sont raccordés, entre ceux-ci et les soupa- pes d'admission 7,20,21 ou d'échappement 8,24,25, les cylïn- dres d'expansion 29,30 et 31 dans lesquels se meuvent les pistons
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pistons d'expansion 32,33 et 34. La tringlerie de commande des pistons d'expansion 33 et 34 n'a pas été représentée sur la fig.2 dans un but de simplicité.
Le mode d'action des cylindres d'expansion sera d'abord décrit en se référant à leur commande, étant donné que les pistons d'expansion doivent effectuer un mouvement intermittent qui ne peut être obtenu que d'une fapon plus ou moins approximative à l'aide d'un mécanisme à manivelle.
On supposera que les accumulateurs de cha- leur 5,22 et 23 se trouvent déjà dans leur état de perma- nence dans lequel leur côté tourné vers la chambre de tra- vail possède là température T2 et le côté opposé la tempé- rature T1, pendant que le piston moteur 4 et les pistons d'expansion¯32,33 et 34 occupent leurs points morts inter- nes.
Dans l'état de fonctionnement, les réservoirs à pression 9 et 27 sont remplis de gaz de combustion à la pression P1, le réservoir à gaz sous pression 6 est rempli de gaz de combustion à la pression P2 et le réservoir à gaz sous pression 39 est rempli de gaz de combustion à la pression P2+¯p. Le réservoir 14 contient du gaz combus- tible, et le réservoir 15 contient de l'air de combustion sous la pression p1. Dans tous les réservoirs rgne la tem- pérature T1 et les réservoirs sont si grande que les varia- tions de pression pouvent être négligées.
L'espace nuisible du cylindre moteur 1, les cylindres d'expansion 29,30,31 et les accumulateurs de chaleur 5,22,23 sont remplis de gaz à la pression maximum P2 ,du cycle de travail, et l'accumula- teur principal 5 renferme des gaz de combustion, l'accumulateur auxiliaire
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auxiliaire 22 renferme du.gaz combustible et l'accumulateur auxiliaire 23 renferme de 1,'air frais.
L'ouverture de la , soupape d'admission comman- dée 7 s'effectue au voisinage du point mort interne du pis- ton 4, correspondant au point a des figs.l et 5. Ceci a pour effet que le réservoir 6 qui contient l'agent moteur comprimé à la pression d'admission P2 est mis en communica- tion avec le cylindre 1. Comme il règne déjà dans ce cylin- dre la pression P2, il ne s'effectue aucune introduction de gaz du réservoir sous pression 6 dans la chambre de travail' tant que le piston moteur 4 n'a pas commence sa course mo- trice.
Lorsque le piston 4 s'élève, l'agent de travail sort du réservoir 6-par la soupape d'admission 7 à la pression p2, dans la mesure correspondant au mouvement du piston mo- teur, et introduit dans le cylindre moteur 1, en les pous- sant devant lui, les gaz qui se trouvent dans l'accumula- teur 5.
Toutefois, en même temps que la soupape d'ad- mission 7, les soupapes d'admission 40 et 41 ont été ouver- tes pour le gaz de combustion qui se trouve sous la pres- sion p2+¯p dans le réservoir 39, lequel gaz refoule vers le cylindre de travail 1 le gaz combustible emmagasiné dans l'accumulateur auxiliaire 22 sous la pression p2 et l'air frais emmagasiné dans l'accumulateur auxiliaire 23.
Pendant sont passage a travers les accumula- .tours, les gaz s'é@hauffent suivant la section a-b de la courbe 'a pression constante P2 (fig.l) jusqu'à la température maximum T2 des accumulateurs et pénètrent à 'cette température dans le cylindre moteur. Comme cette température est supérieu- re au point d'inflammation, le gaz combustible sortant de l'accumulateur auxiliaire 22 s'enflamme et brûle avec l'air frais sortant de l'accumulateur auxiliaire 23 dans la tuyère 4-2, et les produits de combustion se mélangent avec les gaz de
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travail sortant de l'accumulateur principal 5, de sorte que ces gaz sont portés à une température encore plus élevée * 3?3 suivant la section b-c de la courbe de pression cons- ' tante P2 (fig.l).
De cette façon, le piston moteur 4 effectue la partie a-c (fig.5) de sa course motrice sous une pres- sion constante p2 pendant que du travail est développa aux dépens de la chaleur fournie par la combustion interne. Au point c de la course, les soupapes d'admission 7,40 et 41 sont fermées, de sorte que, pendant la section c-d de la course motrice (fig.l et 5) une détente adiabatique des gaz de travail que renferme le cylindre 1 s'effectue de la pres- sion P2 à la pression P1, et pendant cette détente, les gaz se refroidissent de la température T3 à la température T2.
Pendant la période d'expansion, les pistons d'expansion 32,
33 et 34 doivent entrer en action, et l'on a supposé que, jusqu'à ce moment, ces pistons étaient restés au repos à leur position de point mort interne représentée. Au commensement de la période d'expansion, au point c (fig.l et 5) les sou- papes 24,25 sont ouvertes et les pistons d'expansion doivent commencer leur course vers l'extérieur et finir cette course à la fin de la période d'expansion, en d.
En outre, il faut que les pistons d'expansion soient déplacés de telle manière que les gaz qui se trouvent \ la pression P2 dans les accu- mulateurs 5,22 et 23 ainsi que dans les espaces nuisibles situes entre le côté froid des accumulateurs et les pistons d'expansion puissent se détendre, pendant l'expansion, dans les espaces ouverts par les pistons d'expansion 32,33 et 34 dans les cylindres d'expansion 29,30 et 31, mais ne puissent pas sortir par le cote chaud de 1* accumulateur et pénétrer dans le cylindre moteur 1.
Ce dispositif travaille donc précisémenr de
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la même manière que si, au commencement'de l'expansion, chacun des accumulateurs était isolé de la chambre de travail du cylindre par une-paroi placés sur son côté chaud.
A la fin de la course du piston moteur 4 vers l'extérieur, la pression régnant dans le cylindre moteur- -si l'on ne tient pas compte, dans un but de sim- plicité, de la période d'échappement d'-d (fig.5)- est tombée à p1, et les pistons d'expansion 32, 33 et 34 ont atteint leur point mort externe. Les cylindres d'expan- sion sont remplis des gaz de combustion froids détendus provenant des accumulateurs de chaleur. La soupape d'é- chappement 8 est alors ouverts, après qumi le piston mo- teur 4 effectue sa course de descente d-e (fig.l et 5).
Les pistons d'expansion 32,33 et 34 restent pendant ce temps au repos. Pendant sa détente, le piston 4 introduit dans le réservoir 9, à travers l'accumulateur pribcipal
5 et la soupape 8, un poids de gaz de combustion, dérivé du cylindre moteur à la température T et à la pression p1, qui est égal au poids de gaz de combustion introduit à la pression P2 à travers la soupape 7 pendant la course motrice. En même temps, les pompes de dosage 35 et 36 en- trent en action et aspirent par les cylindres 30, 31 et les canaux de communication 24',25' (qui ont été découverts par les pistons 33,34) hors du cylindre moteur 1, et à tra- vers chaque accumulateur auxiliaire 22,23 un' poids de gaz de combustion qui est égal à la quantité de gaz frais ali- mentée par l'accumulateur correspondant pendant la pério- de de combustion.
Les soupapes 24,25 sont alors formées et les. pistons d'expansion¯53,34 sont repoussés en arrière, ces',- pistons refoulant dans le réservoir 39, à travers les soupa-
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pes 37,38, le gaz de combustion, comprimé à la pression
P2+¯ p, que tenteraient les cylindres d'expansion 30,31 et restituant ainsi la quantité de gaz qui a été retirée précédemment de ce réservoir. Les pompes de dosage 35,36 'transfèrent sans élévation de pression dans le réservoir
27 les quantités de gaz de combustion aspirées. Le ré- servoir sous pression 27 peut être réuni au réservoir 9.
Dans l'entretemps, la pompe a gaz 16 et la pompe à air frais 17 ont aspiré à la pression.±, le gaz combustible et l'air frais hors du réservoir 14 et du réservoir 15, res- pectivement. Dans le voisinage de la fin de la course de descente, au point e (fig.5), la soupape d'échappement 8 est fermée, tandis que les soupapes 20,21 sont ouvertes.Pendant l'achèvement de sa course de descente, le piston moteur 4 comprime jusqu'à ce qu'il ait atteint son point mort inter- ne a (fig.5) l'agent de travail resté dans le cylindre moteur 1, et ce jusqu'à la pression d'admission P2 d'une façon cor- respondant a la section e-a de la fig.5.
Pendant cette pé- riode de compression e-a du piston moteur 4, le piston d'expansion 32 et les-pistons des pompes 16,17 doivent aussi effectuer leur course -sers l'intérieur, pour compri- mer progressivement jusqu'à la pression -±2 les gaz 'qui se trouvent dans les cylindres correspondents, le piston d'- expansion 32 refoulant les gaz de combustion que renferme le cylindre d'expansion 29 dans l'accumulateur 5, la pompe 16 refoulant le gaz combustible qu'elle renferme dans l'ac- cumulateur auxiliaire 22, et la pompe 17'refoulant l'air frais qu'elle renferme dansl'accumulateur auxiliaire 23.
Le cylindre moteur est ainsi prêt pour l'ad- mission de la charge fraîche, et les accumulateurs de cha- leur 5,22,23, ainsi que les espaces nuisibles qui se trou- vent sur leur côté froid, sont de nouveau remplis d'agent
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de travail, de gaz combustible ou d'air frais à la pression p2.
Le piston d'expansion 32 doit, ainsi qu'on l'a vu plus haut, effectuer uns mouvement particulier s'écar- tant du mouvement périodique harmonique. Dans la fig.6, la courbe sinusoidale 1 indiquée par une ligne'mince représente le movement du piston moteur 4, tandis que la courbe II, en trait fort, représente le mouvement qui doit être effectué par le piston d'expansion 32 si le volume-course du piston d'expansion est par example les trois quarts du volume-course du'piston moteur. Les au- tres pistons d'expansion ont . effectuer un mouvement plus ou moins analogue, et c'est pourquoi il be sera ques-, tion dans ce qui suit que du piston d'expansion de l'- accumulateur de chaleur principal.
Dans la fig.6, l'aire- volume du cylindre moteur est hachurée par des lignes verticales, et l'aire-volume de cylindre d'expansion est hachurée par des lignes inclinées..
Conformément à la fig.6, il faut que le pis- ton d'expansion reste au repose aussi bien dans sa position de point mort interne, pendant la durée assez courte a-c pendant laquelle le cylindre moteur repoit sa charge (voir fig. 5), que dans sa position de point mort externe, pen- dant la durée plus longue d-e,pendant laquelle-s'effectue l'expulsion des gaz de combustion hors du cylindre moteur (voir fig.5). Apres sa corte période de repos a-c du point mort interne, il faut que le piston d'expansion effectue une course vers l'extérieur c-k qui s'écarte relativement peu du mouvement du piston moteur et s'étend sur la section d'expansion c-d du dit piston, et après la .période de re- pes plus longue k-m du point mort externe, une course très raide vers l'intérieur m-a, laquelle course doit être li-.
mitée 'a la section de compression c-a du piston moteur.
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Comme il ressort de la courbe III dessinée en pointillé sur la fig.6, l'aire-volume du cylindre d'expan- sion peut être représentée d'une façon approchée par une courbe sinusoïdale dont les sommets des pointes et creux, situés respectivement au-dessous de la ligne V/min et àu- dessus de la ligne V/max,sont coupés. La courbe sinusoida- le III doit être décalée de l'angle en arrière de la courbe sinusoidale I.
Le dispositif servant à rendre inef- ficases les sommets des pointes et creux de la courbe si- nusoïdale III représentant le mouvement du piston d'ex- pansion consiste, suivant l'invention, en ce que le piston d'expansion est actionné d'une façon décalée en arrière du piston moteur et que les obturateurs d'admission e d'é- chappement -du cylindre moteur sont commandés de telle sor- te que le piston d'expansion effectue une fraction de sa course à l'extrémité et au vommensement y compris le chan- gement de coursé,pendant la durée d'ouverture des obtura- teurs d'admission et d'échappement, respectivement.
La commande du piston d'expansion 32 s'ef- fectue depuis le vilebrequin 3 à l'aide des manivelles 43 et bielles 44. Les manivelles 43 (fig.7) sont décalées en ar- rière, par rapport aux manivelles 45 du piston moteur 4, de l'angle x qui est, par exemple, presque 90 dans la fig.
6. Le mode d'action est le suivant:
Quand le piston moteur se trouve au commence- ment de sa course de travail (vers le haut) et que le réservoir à haute pression 6 est relié en 7 au cylindre moteur, le piston d'expansion 32 occupe dans le cylindre d'expansion, rem- pli de gaz de combustion à la pression p2, la position 32, des- sinée en trait plein, de sa course d'élévation, d'une fapon correspondant à l'angle de décalage en arrière x; ce piston effectue alors, en avançant jusqu'à la-position de point mort
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32a, son changement de course interne et revient pendant sa course de descente;
au moment c de la fig.6,à la posi- tion 32 marquée en trait plein, position dans laquelle l'- obturateur d'admission 7 est'ferme. Pendant ce temps, le piston moteur a effectué la section a-c (fig. 5) de sa cour- se de travail et le cylindre a repu la charge fraîche (avec combustion interne). En même temps, le piston d'expansion a poussé les gaz hors du cylindre d'expansion et dans le ré- servoir 6 pendant sa course d'élévation et il les a de hou- venu aspirés pendant sa course de descente. Le piston moteur
4 effectue alors sa course d'expansion c-d (fig.6) pendant laquelle le piston d'expansion effectue sa course de des- cente de la position 32 à la position 32b (correspondant à la section c-k de la courbe II ou III de fig.6).
En outre,la charge d'accumulateur se détendant pénètre dans le cylindre d'expansion 29 jusqu'à ce que la pression ait descendu à p1. A ce moment, c'est-à-dire avant que la course de descen- te du piston d'expansion 32 soit terminée, l'obturateur d'- échappement 8 est ouvert, de sorte. que l'échappement et le refoulement de l'agent de travail hors du cylindre moteur et dans le réservoir à basse pression 9 s'effectuent(suivant la section n-e de la courbe I,fig.6). Pendant ce temps, le piston.
d'expansion passe de la position 32b à son point mort inférieur 32c,et,après avoir effectué son changement de course,revient pendant sa course d'élévation à la position 32b (au moment et au point e de la courbe II ou 1 ,Il de gig.6).La soupape d'échap- pement 8 est alors fermée, après quoi d'une part le piston 4 effectue la section e-a de la courbe I (fig.6)jusqu'à l'- extrémité inférieure de sa course, et d'autre part le piston d'expansion '32 effectue la section 32b-32 ou la section m-a de la courbe II ou III(fig.6) d'une façon correspondant , la .
course de compression.En outre, le piston, d'expansion compri- me les gaz qui se trouvent dans le cylindre d'expansion jusqu'à
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la pression P2, et pendant l'élévation de pression, les pousse graduellement dans l'accumulateur 5, de sorte que celuis-ci reçoit de nouveau sa charge initiale.
Pendant la compression de la charge d'accumulateur,il ne s'effectue aucune élévation de la température du cote froid du dit accumulateur au-dessus de sa température initiale Tl,étant donné que le contenu du cylindre dexpansion a effectué sa détente de la pression P2 à la pression 21' en partant de la température Tl, avec refroidissement adiabatique jusque une température plus basse, c'est-à-dire que, dans sa com- pression subséquente de p1 à p2 en partant de la tempéra- ture de refroidissement inférieure, la température initiale est de nouveau atteinte.
Comme il ressort de la fig.6,la courbe sinu- soidale III est dissymétrique,de sorte qu'elle tombe plus brusquement qu'elle ne s'élève. Une telle déformation asy- métrique de la courbe sinusoïdale peut, comme on le sai't, ê- tre obtenue par un raccourcissement correspondant de la bielle du mécanisme à manivelles qui actionne le piston d'- expansion.
Sur le schéma de la fig.6, on a négligé l'ac- tion de la période d'échappement d'-d (fig.5).Si l'on tient compte de cette période,il s'effectue au moment de l'ou- verture de l'échappement l'inflexion r visible sur la fig.8.
Pour produire cette inflexion r dans la variation de volu- me du cylindre d'expansion, il est avantageux d'utiliser, au lieu d'un cylindre d'expansion,deux cylindres d'expan- sion dont l'un (le primaire)produit la variation de volume c r t a c et l'autre (le secondaire) la variation de volume r' k m t r".
Les périodes de travail des deux cylindres d'expansion doivent en outre être réglées de telle sorte que le cylindre d'expansion primaire 29 de fig.2 commence
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son travail d'expansion à l'instant c (voir fig.5) et que le cylindre d'expansion secondaire,qui est également re- lié au côté froid de l'accumulateur de chaleur 5, mais n'a pas été représenté ;sur/la fig.2, commence-sa période d'expansion . l'instant d' et la continue jusqu'à l'ins- tant ¯d. Le cylindre d'expansion primaire reste-pendant ce temps inactif.
Les deux cylindres d'expansion sont inac-' tifs jusqu'à l'instant s, après quoi, jusqu'à l'instant a, .les cylindres d'expansion primaire et secondaire doivent tous deux effectuer leur période de compression simultané- ment ou successivement' de telle sorte que là variation de volume des deux cylindres corresponde . la ligne m-a.
Comme il ressort de ce qui précède, on ne peut, à l'aide de mécanismes à manivelle simples, reproduire les courbes de volumes nécessaires des cylindres d'expansion que d'une façon approximative. Une reproduction exacte des courbes de volume pourrait être obtenu facilement à l'aide de cames, mais des mécanismes de commande de ce genre sont absolument impropres à la transmission de for- ces élevées comme celles qui interviennent dans,le cas pré- sent.
Un autre moyen permettant de reproduire des cour- bes de volumes quelconques de la chambre d'expansion rési- de dans l'application d'une série de réservoirs 'a pression qui représentent différents otages de pression, de la pres- sion la plus basse p1 à la pression la plus haute p2 du cir- 'cuit..Chaque courbe de volume ou de pression du diagramme . de la chambre d'expansion pourra être obtenue d'autant plus exactement que'les différences entre les divers étages de pression seront plus petites, c'est-à-dire que le nombre des réservoirs à pression sera plus grand.
La communication des réswervoirs à pression avec la chambre de travail du moteur,
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sur le côté froid de l'accumulateur, est régie par une distribution qui agit de telle sorte que,pendant la pé- riode d'expansion, les divers réservoirs à pression sont reliés successivement et séparément au côté froid de l'ac- cumulateur,suivant un ordre décroissant de la pression
P2 à la pression p1, au moment où règne dans la chambre .de travail une pression supérieure de 4 p à celle qui règne dans l'étage raccordé de la série de réservoirs à pression. Pendant la période de compression de la cham- bre de travail, la distribution raccorde les divers éta- ges de la série de réservoirs à pression avec la chambre de travail dans un ordre inverse.
Sur la fig.9 est représenté schématiquement un exemple d'un tel dispositif. Avec le côté froid 46 de l'accumulateur de chaleurs 5 du cylindre moteur 1 du mo- teur peuvent être raccordes, par les soupapes 49 commandées par une distribution 47, les réservoirs à pression 48a,
48b......48f. Dans le premier réservoir \ pression 48a, règne la pression p2, et dans le dernier réservoir a pres-
48f, règne - . sion/la pression P1. Dans les éléments intermédiaires de la série 48a, 48f règnent divers étages intermédi- aires entre les deux pressions limites P2 et P1.
Pendant la période d'expansion, la distribu- tion 47 fait communiquer les réservoirs, dans l'ordre 48a.....
48f, séparément et successivement, avec la chambre 46, à des instants de la période c-k (fig.8) auxquelle il règne dans le cylindre moteur une pression supériaure de p à celle régnant dans le réservoir 48 raccordé a l'instant envisagé. Pendant la durée k-m (fig.8) tous les réser- voirs 48 sont hors de communication.
De l'instant m à l'- instant (fig.8) les réservoirs 4-8 sont reliés successive- ment et séparément avec la chambre 46 dans l'ordre 48f...48a
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de sorte que la pression augmente dans cette chambre et dans l'accumulateur 5 dans la*même mesure que celle dans laquelle lapression a été élevée par le piston-4 de la machine dans la chambre qui se trouve entre ce piston et l'extrémité chaude de l'accumulateur 5.
Par-suite, la charge d'accumulateur se détend pendant la période de chute de pression dans les réservoirs 48a.....48f et non dans la chambre chaude du cylindre moteur, mais, pen- dant la période d'élévation de pression, la charge d'ac- cumulateur, au lieu d'être poussée par le côté chaud dans l'accumulateur, arrive avec une élévation de pression pro- gressive des réservoirs 48f....48a dans l'accumulateur.
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Two-stroke internal combustion engine with internally built heat accumulators.
The invention relates to a two-stroke internal combustion engine provided with internally constructed heat accumulators, that is to say a thermal engine machine which, after the motive medium has been compressed in the cold state. up to the highest pressure of the engine cylinder in a separate compression pump, receives this agent, introduced by controlled shutters, on the cold side of the heat accumulators, and in which the agent engine, after its productive expansion
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working pressure in the engine cylinder, is forced out of the working chamber through an exhaust shutter.
The driving cylinder therefore repeats for each driving stroke a free load of the driving agent performing the working circuit. If the two-stroke engine does not deliver its exhaust gases to the natural atmosphere and if, on the contrary, an artificial atmosphere is provided, of pressure greater than atmospheric pressure, outside of which the pump inlet of the two-stroke engine sucks in the combustion gases serving as the motive agent and delivers them in a closed circuit 'into the working cylinder of the engine, it is also necessary to introduce the combustion air , compressed to the highest pressure of the engine cylinder (as well as the fuel if gas fuels are used) in the closed circuit, in which case the equivalent weight of combustion gases must be removed from the closed circuit .
The introduction of the fresh gases and the removal of the combustion gases are also advantageously carried out through heat accumulators (auxiliaries) which, like the main accumulator, are constructed in the engine cylinder or in permanent communication with him. However, the main and auxiliary accumulators which are in permanent communication with the engine cylinder, that is to say which are built in this cylinder, greatly increase the harmful space of said cylinder, even when, in order to decrease as much as possible the volume of said heat accumulators, these are established with passage slots as narrow as possible.
The higher the specific power which the engine cylinder of the machine must develop, the greater the dimensions that must be given to the heat accumulators and the greater the volume of the accumulators in relation to the effective volume of the heat accumulator. engine cylinder. By "volume
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heat accumulators ". Here we mean only the volume of the slots for the passage of said accumulators.
The detrimental space, formed by the volume of the heat accumulators, however, has an extremely detrimental effect on the efficiency of machines of this type and that is why the aim of the devices proposed up to this day was to reduce the most possible this harmful space, To this end, it was necessary, mainly by reducing the widths of the slots of the heat accumulators as much as possible, to reduce their dimensions as much as possible, which however had the consequence of a reduction in heat regeneration . Therefore, the application of as large heat accumulators as possible cannot be avoided, and it is therefore necessary to solve the problem of avoiding the disadvantages of the large detrimental space of such accumulators.
The drawbacks of the nuisance space created by heat accumulators are, in two-stroke engines, the following: ''
In all piston-powered machines in which the motive medium is introduced under pressure and then released into the engine cylinder, the harmful spaces must be filled before the maximum pressure is reached. Hitherto this has happened in machines in which no compression takes place - before the introduction of the new charge, by the first fraction of the motive medium entering the engine cylinder, which agent must penetrate under full inlet pressure into spaces subject to significantly lower exhaust pressure.
The pressure energy of the motive agent filling the harmful spaces, energy which
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corresponds to the difference in intake and exhaust pressures, however, is completely lost, which represents a significant loss of work. This loss grows, in the case of internally constructed heat accumulators, in proportion to the size of the harmful space and had to be reduced by having recourse to partial compression by which the working agent remained in the cylinder of the previous driving stroke had to, before the introduction of the fresh charge, be compressed as much as possible, up to the inlet pressure during a last part - called the compression section - of the return stroke of the piston.
However, the compression of the driving agent preceding the intake represents a negative work reducing the specific power of the machine, and this is why this method could only be applied in the cases of space. harmful only constitutes a small proportion of the useful space of the engine cylinder.
On the other hand, if, as in the object of the application, accumulators are built in the engine cylinder, their volume, even in the case of the smallest dimensions which can be practically considered, increases the space. harmful, in relation to the working space of the engine cylinder, to such a large extent that in order to fill the harmful spaces it is necessary to use a large compression section and the negative work becomes disproportionately high.
The length of the compression section is further increased by the fact that the gases from the hot cylinder which are to be compressed in the harmful space of the heat accumulator are compressed in a chamber whose average temperature is significantly lower, i.e. 'that is to say that the gas in the hot state required
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to fill the cooler nuisance spaces occupies an increased volume in a measure corresponding to the temperature ratio. Therefore, in machines fitted with heat accumulators, a compression section extended to the entire length of the stroke would not even be sufficient, in general, to even raise the pressure from the exhaust pressure to the pressure of the exhaust. 'admission.
However, the pressure of the gas charge coming from the hot cylinder and filling the accumulator with heat: their hereafter called (accumulator charge) and the passage of the accumulator charge through the cylinder during the expansion have drawbacks, however thermal.
In order to increase the thermal efficiency of the machine, the temperature drop between the hot end and the cold end of the heat accumulator must be as great as possible, and it is therefore necessary that the temperature of the hot side of the accumulator is kept as high as the material of which the accumulator is made, as shown in the thermal diagram (described later) of.
machine, it is further advantageous to operate the machine in such a way that the working medium entering the cylinder through the heat accumulator is heated by internal combustion to a temperature which exceeds the temperature. maximum temperature of the heat accumulator of an amount such that, at the end of the adiabatic expansion of the working agent, carried out during the development of work, this agent cools down exactly to the highest temperature of the heat accumulator, so that the exhaust takes place at this temperature.
Fig.l shows the thermal diagram of the motor
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two-stroke combustion with internal accumulator shown schematically in fig., the action of the harmful spaces, that is to say the influence of the accumulator charge being neglected. In Fig. 1, the ordinates represent the absolute temperatures of the motive medium, and the abscissas represent the entropies. P1 and P2 are the lines of constant pressure corresponding to the pressures P1 and P2. The motive agent enters at the temperature T1 of the coolant and at the highest pressure P2 of the circuit into the heat accumulator 5 (fig. 2) through the cold side of said accumulator.
The motive agent enters through the accumulator into the engine cylinder 1 while the engine piston 4 is moved outwards by a distance such that the pressure p2 prevailing in the working chamber initially remains constant. The hot side of the heat accumulator 5 has the maximum temperature T2 allowed by the material of which it is made, so that, during the exit through the heat accumulator, the motive medium heats up to at T2 under constant pressure, this change of state corresponding in fig.l to section ab of the constant pressure line P2. The heat absorbed in the accumulator is represented by the surface a b s2. If a. When the motive agent a enters the cylinder 1, its temperature is raised to T3, under the constant pressure P2, by internal combustion.
The resulting change of state corresponds to the section b-c of the constant pressure curve P2. During the completion of the stroke of the piston 4 towards the outside, the introduction of the motive agent and the fuel is interrupted, so that an adiabatic expansion takes place in the working chamber. according to the adiabatic curve, cd up to the minimum pressure 21 of the circuit ... If the temperature T3 is suitably
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chosen, the motor agent reaches, at the end d dm. Adiabtic cooling, precisely the maximum admissible temperature T2 of the heat accumulator.
Therefore, if in the return comrse of piston 4, the working gases enter. the heat accumulator, the temperature of this accumulator does not change. The ex-
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delivery of the expanded working gases takes place through the heat accumulator under a constant pressure P1 according to the constant pressure curve d-e, the
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work cooling down to Tl and transferring the quantity of heat e d 4 s3 e to the heat accumulator. As the two lines of constant pressure ab and '-2 are e * which are distant, the surfaces ab s2 sl a and ed 4 s3 e are equivalent, that is to say that the quantities of heat emitted and returned to the heat accumulator are equal. The heat equilibrium of the accumulator is therefore ensured.
If the motive agent is isothermally compressed
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of the exhaust pressure 1, the intake pressure 2 the circuit ¯ will be closed by the isotherm e-a. The surface.? .c d 4 represents the quantities of heat which must be. introduced by internal combustion, and the area sl a e 3, represents the quantities of heat which must be removed by the refrigerant, while the area a b -ç d e a is proportional to the work developed.
To make it-
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thermally, the ratio T-Tl is the determining factor, T4 denoting the average temperature of the heat input.
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If, in order to fill the ndisposable spaces up to. the inlet pressure E2, the fraction of 1 was compressed adiabatically;
1, cylinder agent after the exhaust stroke, fraction which pos-
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The highest temperature of the accumulator, the temperature of the compressed gas in the heat accumulator, and consequently that of the hot end of said accumulator, would rise progressively to T, so ' that, either the heat accumulator would be destroyed, on the hot side, or else it would be necessary to lower the maximum temperature T3 of the circuit to the value T2 and lower the maximum temperature which prevails in the accumulator before the compression of the value T2 has a value corresponding to the adiabatic expansion from 62 to p1, thus reducing the thermal efficiency of the machine.
The quantity of gas which, during the rise in pressure from the exhaust pressure to the inlet pressure has served to fill the nuisance space, or a quantity of gas equal to the first, must, during the drop in pressure which occurs during the relaxation period, again to come out of the harmful spaces. In previous machines, this output took place entirely in the hot working chamber. If there is no heat accumulator, such an outlet corresponds to an adabatic expansion of the quantity of gas contained in the harmful space from the inlet pressure to the exhaust pressure.
This expansion is an exact symmetrical image of the compression, carried out with a view to filling the harmful spaces, from the exhaust pressure to the intake pressure, in which case the positive and negative work productions compensate each other during l expansion and compression, and the thermodynamic circuit of the machine is not influenced by the harmful space.
On the other hand, if there is a heat accumulator, the output of the accumulator charge also corresponds to an expansion, but this cannot be a symmetrical image of the change of state which has taken place. while
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while compressing the accumulator charge. The accumulator charge therefore performs the thermodynamic circuit described in relation to the thermal diagram of the. fig.3. This circuit does work, but with a thermal efficiency which is significantly more unfavorable than that of the load circuit itself.
In fig. 3, the thin lines represent the thermodynamic circuit of the main charge, and the strong lines represent that of the accumulator charge.
As can be seen from this figure, when the compression is complete, the accumulator charge is in the compressed state at the maximum pressure pe in the layers of various temperatures of the accumulator, that is, it has, on average, an average temperature T5. The average state of the accumulator charge -is represented by a point f which is situated on the constant pressure curve P2 at a corresponding point. the average temperature² T5. During the passage of the main charge through the accumulator, the accumulator charge compressed in the accumulator is expelled and enters the hot working chamber, but, at the end of the charging period, it remains in the accumulator the same quantity of gas and in the same state.
The process' can therefore be considered as if. the accumulator charge had remained in the state represented by point f. The expansion then begins at point f. At the end of the expansion, the pressure of the accumulator charge has also dropped to P1 so that its state can be characterized by any point located on the constant pressure curve P1.
During expansion, every particle of the accumulator charge exits the accumulator. the maximum temperature
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equipped with T2 but cools during the expansion has a value lower than this temperature. The first particle coming out at the beginning of the expansion causes the pressure drop
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integer adiabatic of 2 h.El in the cylinder, that is to say along line b 1, while the last particle makes its fall * of preasi-on in contact with the end.
temperature of the accumulator, that is to say. by constantly maintaining the temperature T2, and consequently reaches, following the isotherm b-d, the pressure] 21. The various parts
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cules of the quantity of gas output are therefore found at various temperatures corresponding to the points comprised between
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be ±, and d. The average state of all the fraction output from the accumulator charge is characterized by the
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temperature T6 and pressure 2 'The mean expansion therefore takes place along line f-g.
During the exhaust stroke, the accumulator charge which is now in the hot working chamber is expelled under constant pressure, following the constant pressure line.
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aunt Pn, through the heat accumulator, the gases cooling in the heat accumulator, then in the refrigerant to temperature T1. The point e located on the constant pressure line P1 characterizes the state of the accumulator charge at this moment. From state e, the accumulator charge returns to the initial temperature T5, and to the pressure P2 and, depending on the kernel variation of state e-f, reaches state !. The charge of accumulating
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closed work cycle J .t .S J3 by producing a. ' work equivalent to this heat surface.
The production of work in this case takes place at the expense of the heat of
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the accumulator, starting since the quantities of heat borrowed from the heat accumulator are ef 5 s ,, e during compression and f s6 s5 f during expansion, that is to say a total of ef ± 3 'while it is returned to
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to the accumulator during exhaust that the smaller amount of heat ¯e ± 6 ..
The working circuit of the accumulator charge therefore disturbs the heat equilibrium of the accumulator, and the state of stability of the accumulator dir can only be maintained if the main charge is discharged. through the accumulator, during the exhaust ?! no
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not there. temperature T2. but'1.at a higher temperature.
Only the fraction f '¯Bg 7 of the quantity of heat!' I ± .'6 5 borrowed by the accumulator during expansion is returned, the difference 5! I ±. f '7 is dfunc finally borrowed from the accumulator and represents the quantity of heat which must be introduced into the execution.
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tion of the circuit ¯e f e. This quantity of heat is delivered to the gas at the average temperature T7 'During the exhaust, the quantity of heat s3 ef' 7 is returned to the accumulator z from point f ', but during the compression , only the quantity of heat s3 ¯e ¯f j3g is borrowed which, if el-fl constitutes a line parallel to 'a ef. is equal to the area 8.t fl 7.
The lower, colder parts of the heat accumulator therefore absorb the quantity of heat 3 'f'2' s8 which constitutes the difference and which represents, for the accumulator charge circuit, the quantity- of heat which must ultimately be removed. This heat removal takes place at the average temperature T8.
As T7 is notably lower than T4 and that Tg is higher than Tl, the thermal efficiency T7 - Tg which applies to the thermodynamic circuit of the. battery charge, is notably lower than that
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of the main load. The poor thermal efficiency of the battery charge in turn decreases the thermal efficiency of the machine to a greater extent the greater the battery charge is relative to that of the machine.
The object of the invention is to overcome these drawbacks by ensuring that the exit of the accumulator charge from the heat accumulators is towards the cold side, during the expansion, and that the entry of this charge also takes place from the cold side of the accumulators, under a constant pressure rise, during the simultaneous compression which takes place in the working chamber.
According to the invention, this is obtained by virtue of the fact that the parts of the engine cylinder which are located between the intake and exhaust members of said cylinder and the heat accumulators of the expansion chambers of which the variable contents are regulated in the working time of the engine and which during the relaxation having the link in the engine cylinder, are enlarged so that they receive the engine agent during expansion exiting the nuisance spaces.
The expansion chamber cooperating with the main accumulator, or the fresh gas chambers cooperating with the auxiliary accumulators, are; after emptying the actual working chamber, before introducing the fresh charge from the sawing cylinder, shrunk so that during the compression stroke section of the driving piston they compress in the heat accumulators up to the introduction pressure of the fresh charge 1 * cold driving medium or the fresh gases introduced from the cold side.
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The entry of the accumulator charge is therefore carried out under a constant rise in pressure, that is to say by editing a loss in pressure energies. However, the compression takes place from the cold side, the accumulator charge is compressed in the cold state in the heat accumulator, which, compared to the hitherto known compression, carried out by the hot side, has the important advantage that the compression chamber and the required compression work are lower relative to temperatures.
The compression work is covered by the work done in the expansion chambers at the outlet of the accumulator charge, since the variability of the expansion chambers can be controlled such that the inlet and outlet of the accumulator charge - the respiration of the accumulator - takes place in the form of symmetrically equal variations of state. These compensate each other, so that the “breathing of the accumulators” does not influence the developed power and the thermal efficiency of the machine.
Fig. 4 shows the variation of the state of the accumulator charge when the latter during the expansion of the work load, enters according to the invention, into a variable expansion chamber connected to the cold side of the 'accumulator. At the beginning of the expansion, the accumulator charge has the maximum pressure-2 and the average temperature T5 of the accumulator, its state corresponding therefore to point f. As the expansion takes place towards the cold side of the heat accumulator; all parts of the accumulator charge leaving the accumulator at the lower limit temperature T1, but cool below this temperature due to
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the additional expansion which they then undergo in the cold expansion chamber.
As the gas particles entering the expansion chamber at different times undergo different pressure reductions in this chamber, and as a result of different cooling, only the average temperature T9 can be considered here. When the expansion is complete, the accumulator charge having entered the expansion chamber has the temperature Tg, lower than T1, and the pressure P1; are state corresponds to point h. The expansion therefore takes place approximately along the line f-h. Expansion work is developed at the expense of the internal heat inherent in the gas, and at the same time a quantity of heat corresponding to the area sg h f s5 is supplied to the heat accumulator.
During compression, the reverse change of state takes place from h to f along the line f-h. It is necessary to develop the work of compression equal to the work of expansion, the quantity of heat of compression corresponding to the area s9 hf s5 is absorbed by the accumulator and, at the expense of this energy, the internal heat rises to the initial value , at point f.
It is therefore clear that the expansion and compression of the accumulator charge take place without work development and do not disturb the thermal balance of the accumulator or the efficiency of the thermodynamic circuit of the payload.
Since, according to the invention, the influence of the accumulator charge can be completely eliminated, there are practically no limits for the dimensions of the heat accumulator.
The variability of the expansion spaces connected, according to the invention, to the cold side of the accumulators can
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be carried out in various fapons.-Thus, for example, one can provide for this purpose, piston cylinders whose pistons are moved so that the volume of these expansion cylinders varies as indicated above. The same effect can also be obtained by means of a series of expansion vessels which are subjected to different pressures and which, by means of a distribution, are connected on the one hand successively and in a order determined at the engine cylinder during the expansion period, and on the other hand successively and in the reverse order to the cylinder at the end of the exhaust stroke.
In fig. 2 of the accompanying drawings is shown an embodiment of a two-stroke engine according to the invention which works for example in a closed circuit with an artificial atmosphere and in which the expansion spaces are formed by piston cylinders.
In fig.2, 1 designates the engine cylinder provided with a heat-insulating and refractory lining 2; and 4 denotes the engine piston connected to the crankshaft 3.5 is the heat accumulator h. through which the discharge load of the working gases arriving from the tank 6 enters via the controlled inlet valve 7 and 8 is the controlled exhaust valve by which the gases escape or are discharged Without the low pressure vessel 9, which represents the artificial atmosphere and in which a refrigerant 10 can be disposed.
A multi-stage pump 11, preferably high speed, sucks out of the low pressure tank
9 the combustion gases in the cold state which constitute the working agent, and which have the minimum temperature T1
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of the circuit and the pressure '21 (point e in fig.l) and represses these gases, preferably compressed as isothermally as possible at the pressure P2, in the high pressure tank 6, which corresponds to the section ea of fig.l. As the working medium is composed of combustion gases, it is necessary that the fresh air necessary for combustion and also the fuel if use is made of gaseous fuel, be introduced into the cylinder.
1 during each His working races.
To this end, the gaseous fuel and the air are sucked respectively by the low pressure pumps 12, 13 receiving their command from the crankshaft 3 of the engine, out of a gas source and into the atmosphere, and are discharged. under pressure P1 in the pressure tanks 14,15, respectively. The high pressure gas 16 and air 17 pumps which also receive their control from the crankshaft 3 in a manner not shown, suck gas and air through controlled valves 18,19 out of the low pressure reservoirs 14 and 15 to the pressure P1 and deliver the compressed gases in the manner which will be described later, through the also controlled inlet valves 20,21 and the auxiliary heat accumulators 22,23 into the combustion chamber of the cylinder engine 1.
The weight of combustion gas equivalent to the fresh gas introduced, and which must be separated from the closed circuit at pressure P1, enters through the controlled exhaust valves 24,25 into the expansion cylinders 30,31 and , leaving these, goes through the channels 24 ', 25', in the metering pumps 35,36 which deliver the quantity of combustion gas to be separated, at the pressure P1, into the tank 27. The pistons of the pumps 16, 17,30,31 and 35,36 are also actuated by the crankshaft-
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quin of the engine in the manner which will be described later.
On leaving the reservoir 27, the combustion gas, of pressure P1 arrives, through the intermediary of the recuperator or heat regenerator 26, in the low pressure engine 28. The combustion gases, cooled during their step - wise%. through the auxiliary accumulators 22,23 la. the minimum temperature T1 of the working circuit and stored at this temperature in the tank 27 absorb, during their passage through the recuperator 26, the compression heat of the gases compressed in the pumps 12 and 13.
The combustion gases therefore penetrate. the temperature which corresponds to the adiabatic compression of an atmosphere up to. the pressure P1 in the low pressure engine 28 in which they develop work in themselves. relaxing and provide the compression work for the two pumps 12 and 13. As the work developed by the low pressure engine 28 is not sufficient to provide, in addition to the compression work, the friction work of the machine assembly 28,12,13 it is advantageous to couple its crankshaft 36 with the crankshaft 3 of the engine.
37 and 38 denote the discharge valves of the expansion cylinders 30, 31; and 39 is a pressurized gas tank in which the pressure P2 + ¯p prevails and which can be connected by the controlled valves 40,41 to the auxiliary accumulators 22,23 ...,
According to the invention, on the cold side of the accumulators 5,22 and 23 are connected, between them and the intake 7,20,21 or exhaust 8,24,25 valves, the cylinders. dres of expansion 29,30 and 31 in which the pistons move
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expansion pistons 32, 33 and 34. The control linkage of the expansion pistons 33 and 34 has not been shown in fig.2 for the sake of simplicity.
The mode of action of the expansion cylinders will first be described with reference to their control, since the expansion pistons must perform an intermittent movement which can only be obtained more or less roughly. using a crank mechanism.
It will be assumed that the heat accumulators 5, 22 and 23 are already in their permanent state in which their side facing the working chamber has the temperature T2 and the opposite side the temperature T1, while the driving piston 4 and the expansion pistons ¯32,33 and 34 occupy their internal dead centers.
In the operating state, the pressure tanks 9 and 27 are filled with combustion gas at pressure P1, the pressurized gas tank 6 is filled with combustion gas at pressure P2 and the pressurized gas tank 39 is filled with combustion gas at pressure P2 + ¯p. The tank 14 contains combustible gas, and the tank 15 contains combustion air at the pressure p1. The temperature T1 prevails in all the tanks and the tanks are so great that the pressure variations can be neglected.
The harmful space of the engine cylinder 1, the expansion cylinders 29,30,31 and the heat accumulators 5,22,23 are filled with gas at the maximum pressure P2, of the working cycle, and the accumulator main 5 contains combustion gases, the auxiliary accumulator
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auxiliary 22 contains fuel gas and auxiliary accumulator 23 contains 1, fresh air.
The opening of the controlled intake valve 7 takes place in the vicinity of the internal dead center of the piston 4, corresponding to point a of Figs. 1 and 5. This has the effect that the reservoir 6 which contains the motive medium compressed to the intake pressure P2 is brought into communication with cylinder 1. As the pressure P2 already exists in this cylinder, no introduction of gas from the pressurized tank 6 takes place. in the working chamber 'as long as the motor piston 4 has not started its motor stroke.
When the piston 4 rises, the working agent leaves the reservoir 6 through the intake valve 7 at the pressure p2, to the extent corresponding to the movement of the motor piston, and introduced into the motor cylinder 1, by pushing them in front of him, the gases which are in the accumulator 5.
However, together with the inlet valve 7, the inlet valves 40 and 41 have been opened for the combustion gas which is under the pressure p2 + ¯p in the tank 39, which gas delivers to the working cylinder 1 the combustible gas stored in the auxiliary accumulator 22 under the pressure p2 and the fresh air stored in the auxiliary accumulator 23.
During its passage through the accumulators, the gases heat up according to the section ab of the curve at constant pressure P2 (fig.l) up to the maximum temperature T2 of the accumulators and penetrate at this temperature. in the engine cylinder. As this temperature is above the ignition point, the combustible gas leaving the auxiliary accumulator 22 ignites and burns with the fresh air exiting the auxiliary accumulator 23 in the nozzle 4-2, and the products of combustion mix with the
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work leaving the main accumulator 5, so that these gases are brought to an even higher temperature * 3? 3 according to section b-c of the constant pressure curve P2 (fig.l).
In this way, the driving piston 4 performs the part a-c (fig.5) of its driving stroke under a constant pressure p2 while work is being developed at the expense of the heat supplied by the internal combustion. At point c of the stroke, the intake valves 7, 40 and 41 are closed, so that during the section cd of the driving stroke (fig. 1 and 5) an adiabatic expansion of the working gases contained in the cylinder 1 is carried out from pressure P2 to pressure P1, and during this expansion, the gases cool from temperature T3 to temperature T2.
During the expansion period, the expansion pistons 32,
33 and 34 are to come into action, and it has been assumed that, up to this time, these pistons have remained at rest at their shown internal dead center position. At the beginning of the expansion period, at point c (fig.l and 5) the valves 24,25 are opened and the expansion pistons must start their outward stroke and finish this stroke at the end of the expansion period, in d.
In addition, the expansion pistons must be moved in such a way that the gases which are under pressure P2 in the accumulators 5, 22 and 23 as well as in the harmful spaces between the cold side of the accumulators and the expansion pistons can relax, during expansion, in the spaces opened by the expansion pistons 32,33 and 34 in the expansion cylinders 29,30 and 31, but cannot exit through the hot side 1 * accumulator and enter the engine cylinder 1.
This device therefore works precisely
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the same as if, at the beginning of the expansion, each of the accumulators was isolated from the working chamber of the cylinder by a wall placed on its hot side.
At the end of the stroke of the motor piston 4 towards the outside, the pressure prevailing in the motor cylinder- -if one does not take into account, for the sake of simplicity, the exhaust period of- d (fig. 5) - has fallen to p1, and the expansion pistons 32, 33 and 34 have reached their external dead center. The expansion cylinders are filled with the expanded cold combustion gases from the heat accumulators. The exhaust valve 8 is then open, after the motor piston 4 performs its downward stroke d-e (fig.l and 5).
The expansion pistons 32, 33 and 34 remain during this time at rest. During its expansion, the piston 4 introduced into the reservoir 9, through the main accumulator
5 and valve 8, a weight of combustion gas, derived from the engine cylinder at temperature T and pressure p1, which is equal to the weight of combustion gas introduced at pressure P2 through valve 7 during the driving stroke . At the same time, the metering pumps 35 and 36 come into action and suck through the cylinders 30, 31 and the communication channels 24 ', 25' (which were discovered by the pistons 33,34) out of the engine cylinder. 1, and through each auxiliary accumulator 22, 23 a weight of combustion gas which is equal to the quantity of fresh gas supplied by the corresponding accumulator during the combustion period.
The valves 24,25 are then formed and the. expansion pistons ¯53,34 are pushed back, these ', - pistons pushing back into the reservoir 39, through the valves
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pes 37.38, flue gas, compressed to pressure
P2 + ¯ p, which would be attempted by the expansion cylinders 30, 31 and thus restoring the quantity of gas which was previously withdrawn from this reservoir. 35.36 'dosing pumps transfer without pressure rise in the tank
27 the quantities of combustion gases sucked in. The pressure tank 27 can be joined to the tank 9.
In the meantime, the gas pump 16 and the fresh air pump 17 have sucked under pressure ±, the combustible gas and the fresh air out of the tank 14 and the tank 15, respectively. In the vicinity of the end of the downstroke, at point e (fig. 5), the exhaust valve 8 is closed, while the valves 20,21 are open.During the completion of its downstroke, the engine piston 4 compresses until it has reached its internal dead center a (fig. 5) the working agent remaining in the engine cylinder 1, and this up to the intake pressure P2 d 'in a manner corresponding to section ea of fig.5.
During this period of compression ea of the engine piston 4, the expansion piston 32 and the pistons of the pumps 16,17 must also perform their stroke - towards the interior, to gradually compress up to the pressure - ± 2 the gases' which are in the corresponding cylinders, the expansion piston 32 conveying the combustion gases contained in the expansion cylinder 29 into the accumulator 5, the pump 16 conveying the combustible gas which it contains into the auxiliary accumulator 22, and the pump 17 feeding the fresh air which it contains into the auxiliary accumulator 23.
The engine cylinder is thus ready for the admission of fresh charge, and the heat accumulators 5,22,23, as well as the harmful spaces which are on their cold side, are again filled with 'agent
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working pressure, combustible gas or fresh air at pressure p2.
The expansion piston 32 must, as we have seen above, perform a particular movement which deviates from the periodic harmonic movement. In fig. 6, the sinusoidal curve 1 indicated by a thin line represents the movement of the motor piston 4, while the curve II, in strong line, represents the movement which must be carried out by the expansion piston 32 if the The volume-stroke of the expansion piston is, for example, three-quarters of the volume-stroke of the engine piston. The other expansion pistons have. perform a more or less similar movement, and that is why it will be question in what follows that of the expansion piston of the main heat accumulator.
In fig. 6, the engine cylinder volume area is hatched with vertical lines, and the expansion cylinder volume area is hatched with slanted lines.
In accordance with fig. 6, the expansion piston must remain at rest both in its internal neutral position, during the relatively short period ac during which the motor cylinder takes up its load (see fig. 5). , than in its external neutral position, for the longer period of, during which the combustion gases are expelled from the engine cylinder (see fig. 5). After its corte period of rest ac from the internal dead center, the expansion piston must perform an outward stroke ck which deviates relatively little from the movement of the driving piston and extends over the expansion section cd of said piston, and after the longer return period km from external dead center, a very steep inward stroke ma, which stroke must be li-.
the compression section c-a of the engine piston.
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As emerges from curve III drawn in dotted lines in fig. 6, the area-volume of the expansion cylinder can be represented in an approximate fashion by a sinusoidal curve whose peaks and valleys, located respectively below the V / min line and above the V / max line, are cut off. The sinusoidal curve III must be offset by the angle behind the sinusoidal curve I.
The device for rendering ineffective the tops of the peaks and valleys of the sinusoidal curve III representing the movement of the expansion piston consists, according to the invention, in that the expansion piston is actuated by shifted backward from the engine piston and the engine cylinder intake and exhaust shutters are controlled such that the expansion piston performs a fraction of its stroke at the end and at the end. including the change of course, while the intake and exhaust shutters are open, respectively.
The expansion piston 32 is controlled from the crankshaft 3 using the cranks 43 and connecting rods 44. The cranks 43 (fig. 7) are offset backwards, with respect to the cranks 45 of the piston. motor 4, the angle x which is, for example, almost 90 in fig.
6. The mode of action is as follows:
When the engine piston is at the start of its working stroke (upwards) and the high pressure reservoir 6 is connected at 7 to the engine cylinder, the expansion piston 32 occupies the expansion cylinder, filled with combustion gas at pressure p2, position 32, drawn in solid lines, with its upward stroke, in a manner corresponding to the backward offset angle x; this piston then performs, advancing to the neutral position
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32a, its internal stroke change and returns during its downhill stroke;
at time c of fig.6, at position 32 marked in solid lines, the position in which the intake shutter 7 is closed. During this time, the driving piston has performed section a-c (fig. 5) of its working stroke and the cylinder has saturated the fresh charge (with internal combustion). At the same time, the expansion piston pushed the gases out of the expansion cylinder and into reservoir 6 during its upstroke and again sucked them in on its downstroke. The motor piston
4 then performs its expansion stroke cd (fig. 6) during which the expansion piston performs its downward stroke from position 32 to position 32b (corresponding to section ck of curve II or III of fig. .6).
Further, the expanding accumulator charge enters the expansion cylinder 29 until the pressure has dropped to p1. At this time, that is, before the downstroke of the expansion piston 32 is completed, the exhaust shutter 8 is opened, so. that the exhaust and discharge of the working medium out of the engine cylinder and into the low pressure tank 9 take place (according to section n-e of curve I, fig. 6). During this time, the piston.
expansion passes from position 32b to its lower dead center 32c, and, after changing its stroke, returns during its up stroke to position 32b (at the moment and at point e of curve II or 1, It of gig. 6). The exhaust valve 8 is then closed, after which on the one hand the piston 4 makes the section ea of the curve I (fig. 6) up to the lower end of its stroke, and on the other hand the expansion piston '32 performs the section 32b-32 or the section ma of the curve II or III (fig.6) in a corresponding way, la.
compression stroke. In addition, the expansion piston compresses the gases in the expansion cylinder to
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the pressure P2, and during the pressure rise, gradually pushes them into the accumulator 5, so that the latter again receives its initial charge.
During the compression of the accumulator charge, there is no rise in the temperature of the cold side of said accumulator above its initial temperature Tl, given that the contents of the expansion cylinder have relieved the pressure. P2 at the pressure 21 'starting from the temperature T1, with adiabatic cooling down to a lower temperature, that is to say, in its subsequent compression from p1 to p2 starting from the cooling temperature lower, the initial temperature is reached again.
As can be seen from Fig. 6, the sinusoidal curve III is asymmetrical, so that it falls more sharply than it rises. Such an asymmetric deformation of the sinusoidal curve can, as is known, be obtained by a corresponding shortening of the connecting rod of the crank mechanism which actuates the expansion piston.
In the diagram in fig. 6, we have neglected the action of the escape period of -d (fig. 5). If we take this period into account, it takes place at the time of the opening of the exhaust the inflection r visible in fig.8.
To produce this inflection r in the variation in volume of the expansion cylinder, it is advantageous to use, instead of an expansion cylinder, two expansion cylinders, one of which (the primary) produces the variation in volume crtac and the other (the secondary) the variation in volume r 'kmtr ".
The working periods of the two expansion cylinders must also be set so that the primary expansion cylinder 29 of fig. 2 begins
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its expansion work at time c (see fig. 5) and that the secondary expansion cylinder, which is also connected to the cold side of the heat accumulator 5, but has not been shown; on / in fig. 2, begins its expansion period. instant d 'and continues it until instant ¯d. The primary expansion cylinder remains inactive during this time.
Both expansion cylinders are inactive until time s, after which, until time a, the primary and secondary expansion cylinders must both perform their compression period simultaneously. or successively 'so that the variation in volume of the two cylinders corresponds. line m-a.
As emerges from the above, it is only possible, with the aid of simple crank mechanisms, to reproduce the necessary volume curves of the expansion cylinders in an approximate manner. An exact reproduction of the volume curves could easily be obtained with the aid of cams, but control mechanisms of this kind are absolutely unsuitable for the transmission of high forces such as those involved in the present case.
Another means of reproducing curves of any volume of the expansion chamber is in the application of a series of pressure reservoirs which represent different pressure hostages, of the lowest pressure. p1 at the highest pressure p2 in the circuit. Each volume or pressure curve in the diagram. of the expansion chamber can be obtained all the more precisely the smaller the differences between the various pressure stages, that is to say the greater the number of pressure reservoirs.
Communication of the pressure tanks with the engine's working chamber,
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on the cold side of the accumulator, is governed by a distribution which acts in such a way that, during the expansion period, the various pressure tanks are successively and separately connected to the cold side of the accumulator, decreasing in pressure
P2 at the pressure p1, when a pressure prevails in the working chamber 4 p higher than that which prevails in the connected stage of the series of pressure tanks. During the compression period of the working chamber, the distribution connects the various stages of the pressure tank series with the working chamber in reverse order.
In fig.9 is shown schematically an example of such a device. With the cold side 46 of the heat accumulator 5 of the engine cylinder 1 of the engine can be connected, by the valves 49 controlled by a distribution 47, the pressure tanks 48a,
48b ...... 48f. In the first pressure tank 48a, the pressure p2 reigns, and in the last pressure tank
48f, reign -. sion / pressure P1. In the intermediate elements of the series 48a, 48f there are various intermediate stages between the two limit pressures P2 and P1.
During the expansion period, distribution 47 communicates the reservoirs, in the order 48a .....
48f, separately and successively, with the chamber 46, at times of the period c-k (fig.8) at which there is in the engine cylinder a higher pressure of p than that prevailing in the reservoir 48 connected at the time envisaged. During the period k-m (fig.8) all the reservoirs 48 are out of communication.
From instant m to instant (fig. 8) the reservoirs 4-8 are successively and separately connected with the chamber 46 in the order 48f ... 48a
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so that the pressure increases in this chamber and in the accumulator 5 to the same extent as that in which the pressure was raised by the piston-4 of the machine in the chamber which is between this piston and the hot end battery 5.
As a result, the accumulator charge expands during the period of pressure drop in the reservoirs 48a ..... 48f and not in the hot chamber of the engine cylinder, but, during the period of pressure rise. , the accumulator charge, instead of being pushed by the hot side into the accumulator, arrives with a gradual rise in pressure from the reservoirs 48f .... 48a in the accumulator.