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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.