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PERFECTIONNEMENTS AUX UNITES MOTRICES A PISTONS COMPRESSEURS ET AUTRES DE MEME ORDRE.
La présente invention se rapporte aux unités motrices, compresseurs et autres de même ordre, dans lesquelles une pai- re de pistons dont l'un a la forme d'un piston plongeur et l'autre celle d'un piston annulaire montés l'un dans l'autre et rigidement fixés, réalise un piston compound animé en va et vient dans un cylindre duplex sans te concours d'une tige de piston, d'un presse étoupe et d'une crosse de piston et construit de façon à permettre l'admission d'un fluide conve- nable aux deux faces du piston annulaire ainsi qu'à une face au moins du piston plongeur.
L'objet principal de cette invention est d'augmenter le rendement de machine motrices en faisant servir de chambres de travail les espaces entre les cylindres et les deux faces du piston annulaire,
Un autre objet de cette invention est, qu'elle groupe une unité de forpe motrice perfectionnée réalisée intégraler
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ment avec un compresseur mais sans nécessiter aucun accouplement et commande entre elle et ce compresseur.
D'autres objets de cette invention vont ressortir du texte explicatif qui concrétise l'invention ci-après décrite à titre d'e- xemple avec référence aux dessins annexés, dans lequel:
La fig. 1 représente en coupe verticale un moteur Diesel à. deux temps et à double effet, exécuté conformément à. l'invention.
La fig. 2 représente une section d'élévation en coupe d'une construction qui concrétise l'invention en sorte de pouvoir s'employ er comme machine à vapeur à courant direct, compound ou à triple expansion ou bien aussi comme un compresseur poly-étagé.
Considérant la fig, 1, la, partie inférieure du piston plongeur a qui va et vient dans le cylindre b est rigidement boulonnée à l'allonge formant guide du piston annulaire a qui va et vient dans le cylindre d annulaire au cylindre b et monté sur le carter de l'ar- bre coudé e,
Les cylindres b et d dont .il sera question ci-après comme de cylindres duplex, sont convenablement assemblés en un corps de struc- ture rigide, qui est en même temps facile à démonter.
Pour donner logement au piston annulaire o qui dépasse en dia- mètre sa partie formant guide, la partie supérieure du cylindre d est nécessairement rendue plus large et constirue une chambre annu- laire de combustion f avec la face de dessous du piston c.
Le cylindre b est muni d'une tuyère pour l'injection de cmmbustible fluide dans l'espace de combustion h à la face supérieu- re du piston a des lumières d'échappement i; de même, le cylindre d est muni des tuyères g' par lesquelles le combustible fluide est injecté dans l'espace attenant la face inférieure du piston c et est aménagé des lumières d'échappement k.
Les pistons a et c sont montés l'un dans l'autre suivant le même axe avec fixation rigide en sorte de constituer un piston com- pound qui actionne l'arbre de transmission n en s'y rattachant par la bielle 1 et les manivelles m,
Les cylindres b et d sont entourés des chemises d'eau b' et !'des lumières d'échappement donnant accès à l'espace existant o
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entre les deux cylindres chemisés et livrant passage une fois le piston oompound arrivé à fond de sa course du bas aux gaz d'échap- pement ainsi qu'à l'air de balayage sortant ainsi à travers les lumières i à une vitesse relativement forte pour traverser alors l'espace o et les lumières d'où résulte une lègère dépression ou vide partiel dans l'espace ,,
Pour permettre ce trajet des gaz d'échappement partant de l'espace h du cylindre b chaque lumière d'échappement 1 est de même alignement axial que la lumière d'échappement correspondante et tandis que la hauteur de la lumière! est, à l'approche des extrémités de sortie des gaz réduite en diamètre, celle de la lumiè- re k est accrue vers les extrémités de sortie des gaz, ceci aux fins de faciliter le passage des gaz à travers ces orifices,
D'autre parti étant donné que les gaz d'échappement de la cham- bre de combustion f du cylindre d s'échappent par les lumières k, une fois le piston compoundétant à bout de sa course du haut avec, en même temps fermeture des lumières i,
il sera manifeste que ces lumières font office de passage commun pour la sortie des gaz d'échappement venant des chambres de combustion existant aux deux faces du piston compound,
Un moteur Diesel construit conformément à la description qui précède, est capable de fonctionner comme moteur à simple effet ou bien à double effet suivant nécessité; c'est à dire quele moteur fonctionne à double effet quand l'agent moteur est admis alternati- vement aux espaces f et h et comme moteur à simple effet quand l'admission est faite dans l'mne ou l'autre de ces espaces ou cham- bres de combustion.
Pour augmenter toutefois le rendement de la machine ainsi dé- crite, on fait agir la chambre annulaire 0 comprise entre les cy- lindres b et d en combinaison avec le piston compound, comme un compresseur d'air, à fin de qui on y aménage des soupapes auto- matiques et p' d'aspiration et de refoulement d'air,et à cette même fin, le piston annulaire c est prolongé asa partie supérieu- re d'une emprise suffisante pour empêcher que les lumières d'échap-
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pement influent sur le passage de l'air à comprimer.
L'air est comprimé dans l'espace o de par exemple 4 à 10 atmosphères et si on le désire.peut être admis par les soupapes g et g' aux espaces de combustion f et h pour effectuer le balayage des gaz, Il est évident qu'un air de balayage agissant à une telle pression contribue beaucoup au bon rendement du moteur.
En.procédant ainsi, on obtient une unité composée d'une ma- chine motrice et d'un compresseur sans nécessité d'avoir aucun accouplement et aucun moyen de commande entre eux.
Si on désire l'espace existant en dessous du piston plon- geur eb combinaison avec l'espace de la base de l'arbre coudé e qui est muni d'un séparateur métallique d pour empêcher l'écla- boussèment de l'huile peut être utilisé avec l'aide du piston oom- pound comme un compresseur à basse pression aménagé des soupapes usuelles d'aspiration r, et de refoulement r'.
Les soupapes de refoulement r' sont convenablement fixées par des conduits aux soupapes d'aspiration 2 du compresseur cons- titué par l'espace o, en procédant ainsi, on obtient un compres- seur à bi-étagé et à un moteur à combustion interne Diesel à, 2 temps et à double effet, ou bien une machine à vapeur à courant direct qui représente une unité de machine à double effet et d'une construction compacte, ce moteur ou machine motrice et ce compres- seur ayant leurs cylindres et pistons communs, ces derniers étant, l'aide d'une bielle motrice et manivelle en commun, rattachés à l'arbre de commande, sans nécessiter de piston, presse-étoupe et crosse de piston.
Le séparateur métallique de l'huile c' a la forme d'un cône en tôle de fer avec une bride qui est montée entre la bride du cy- lindre et celle du carter à manivelles, outre sa fonction de s'op- poser à l'éclaboussement par de l'huile du carter, il recueille toute essence non brûlée pouvant passer à. travers les segments du piston annulaire et en conséquence s'oppose à la dilution de l'hui- le dans le bas du carter d'arbre coudé.
Considérant à présent,la fig. 2 qui représente uneunité de machine susceptible de fonctionner comme maohine à vapeur à cou-
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rant direct, oompound ou triple expansion, ou bien comme com- presseur poly-étagé, l'ordonnance générale en est substantiel- lement pareille à celle décrite et représentée en Fig. 1 excep tion faite pour les soupapes automatiques ainsi que pour les lumières co-opératrices d'échappement qui ne sont pas néces- saires et en remplacement desquelles des conduits appropriés sont aménagés pour permettre à la vapeur ou bien à l'airy sui- vant le cas, de passer d'un étage à l'autre du moteur ou du compresseur.
Quant à l'ordre de succession des phases du travail, quand cette disposition s'emploie comme machine à vapeur à haute pression et courant direct et triple expansion, munie des sou- papes nécessaires au contrôle de la compression (chose indis- pensable aux machines à vapeur à courant direct) dans chaque cylindre, la vapeur admise dans la chambre h dehaute pression arrive à la chambre f de pression moyenne par les lumières ±,après avoir agi sur le piston a au moment où le piston com- pound arrive à fin de sa course du bas et de là après avoir agi sur le piston 2 passe dans la chambre de base pression o par les lumières t au moment où le piston compound atteint sa fin de course montante;
puis de cette chambre la vapeur est finalement déchargée dans l'atmosphère par les conduits u et les lumières au moment où le piston compound arrive de nou- veau à la fin de sa course du bas. Les trajets accomplis par la vapeur sont indiqués au dessin par des flèches en traits pleins, ai d'autre part, la disposition décrite ci-haut est ap- pliquée pour réaliser comme un presseur poly-étagé, le trajet de l'air est dirigé en sens contraire de celui de la vapeur, autrement dit:
l'air pénètre par les lumières après en avoir traversé un filtre à air approprié et après avoir accompli son trajet par les différents étages du compresseur équipés des é- léments refrigérateurs d'air, il peut être obtenu directement de la chambre h ou bien du quatrième étage de haute pression
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x en combinaison avec elle,
Quant à l'ordre de succession des phases du travail du com- presseur, l'air pénétrant par les lumières w et par les passa- ges u au moment où le piston compound est à. la fin de sa cour- se du bas, arrive dans l'espace constituant le premier étage, ou étage de basse pression, du compresseur.
De cet étage l'air passe par les lumières t à l'espace! au moment où le piston compound est à la fin de sa course du haut ; decette chambre f qui représente le 2ième étage du compresseur, l'air comprimé pénètre dans l'espace h par le chemin adjbint d'éléments ré- frigérateurs, au moment où le piston compound arrive de nouveau à la fin de sa course du bas. Cet espace h peut être pris com- me étage final du compresseur; toutefois, s'il y a avantage à le faire, un autre étage peut être combiné avec lui, en mon- tant à, la partie supérieure du cylindre b un cylindre dans lequel sera logé un piston de haute pression x' rigidement fixé au piston plongeur a.
L'air est refoulé de l'espace h par les éléments réfrigérateurs y dans le cylindre et de là , il se rend par le conduit z' au réservoir d'air. Les trajets de l'air sont indiqués dans le dessin par des flèches en traits interrom- pus. On se rendra compte, par ce qui prècède, que le principe de cette invention peut être appliqué dans la construction de machines motrices et compresseurs pour toute une diversité de destinations, et il est clair que les détails de construction peuvent être modifiés sans se départir du sens ou de la portée de l'invention.
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IMPROVEMENTS TO MOTOR UNITS WITH PISTON COMPRESSORS AND OTHERS OF THE SAME ORDER.
The present invention relates to power units, compressors and the like, in which a pair of pistons, one of which is in the form of a plunger and the other that of an annular piston mounted one in the other and rigidly fixed, realizes a compound piston animated back and forth in a duplex cylinder without the aid of a piston rod, a stuffing box and a piston bracket and constructed in such a way as to allow the admission of a suitable fluid to both faces of the annular piston as well as to at least one face of the plunger.
The main object of this invention is to increase the efficiency of prime movers by making the spaces between the cylinders and the two faces of the annular piston serve as working chambers,
Another object of this invention is, that it groups an improved driving force unit realized integrally
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ment with a compressor but without requiring any coupling and control between it and this compressor.
Other subjects of this invention will emerge from the explanatory text which embodies the invention described below by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 shows a vertical section of a diesel engine. two-stroke and double-acting, performed in accordance with. invention.
Fig. 2 shows a sectional elevation section of a construction which embodies the invention so that it can be used as a direct current, compound or triple expansion steam engine or also as a multistage compressor.
Considering fig, 1, the, lower part of the plunger a which reciprocates in the cylinder b is rigidly bolted to the extension forming the guide of the annular piston a which reciprocates in the cylinder d annular to the cylinder b and mounted on the crankshaft housing e,
The cylinders b and d, which will hereinafter be referred to as duplex cylinders, are suitably assembled into a rigid structural body, which at the same time is easy to disassemble.
In order to accommodate the annular piston o which protrudes in diameter from its guide part, the upper part of the cylinder d is necessarily made wider and constitutes an annular combustion chamber f with the underside of the piston c.
The cylinder b is provided with a nozzle for the injection of fluid fuel into the combustion space h at the upper face of the piston a of the exhaust ports i; likewise, cylinder d is provided with nozzles g 'through which the fluid fuel is injected into the space adjoining the underside of piston c and is fitted with exhaust ports k.
The pistons a and c are mounted one inside the other along the same axis with rigid fixing so as to constitute a com- pound piston which actuates the transmission shaft n by being attached to it by the connecting rod 1 and the cranks. m,
Cylinders b and d are surrounded by water jackets b 'and!' Exhaust ports giving access to the existing space o
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between the two jacketed cylinders and providing passage once the oompound piston has reached the bottom of its bottom stroke to the exhaust gases as well as to the purging air thus exiting through the ports i at a relatively high speed to then cross the space o and the lights from which results a slight depression or partial vacuum in space,
To allow this path of the exhaust gases from the space h of the cylinder b each exhaust port 1 is in the same axial alignment as the corresponding exhaust port and while the height of the port! is, on approaching the gas outlet ends reduced in diameter, that of the light k is increased towards the gas outlet ends, in order to facilitate the passage of the gases through these orifices,
On the other hand, given that the exhaust gases from the combustion chamber f of the cylinder d escape through the openings k, once the compound piston has reached the end of its upper stroke with, at the same time, closing of the lights i,
it will be obvious that these ports act as a common passage for the exit of the exhaust gases coming from the combustion chambers existing on both sides of the compound piston,
A diesel engine constructed in accordance with the above description is capable of operating as a single-acting or else a double-acting engine as required; that is to say that the engine operates double-acting when the motive agent is admitted alternately to spaces f and h and as a single-acting engine when the admission is made in either one of these spaces or combustion chambers.
To increase the efficiency of the machine thus described, however, the annular chamber 0 between the cylinders b and d is made to act in combination with the compound piston, like an air compressor, for the purpose of which it is fitted. automatic valves and p 'for suction and discharge of air, and to this same end, the annular piston c is extended asa upper part by a sufficient grip to prevent the exhaust ports.
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pement influence the passage of the air to be compressed.
The air is compressed in the space o from for example 4 to 10 atmospheres and if desired. Can be admitted through the valves g and g 'to the combustion spaces f and h to effect the gas sweep. that a purge air acting at such a pressure contributes greatly to the good efficiency of the engine.
By doing so, a unit is obtained consisting of a prime mover and a compressor without the need for any coupling and no control means between them.
If one wishes the space existing below the plunger eb combination with the space of the base of the elbow shaft e which is provided with a metal separator d to prevent the oil splashing can be used with the help of the oompound piston as a low pressure compressor fitted with the usual suction r and discharge r 'valves.
The discharge valves r 'are suitably attached by conduits to the suction valves 2 of the compressor constituted by the space o, by proceeding in this way, a two-stage compressor and an internal combustion engine are obtained. 2-stroke, double-acting diesel, or a direct current steam engine which represents a double-acting machine unit and of compact construction, this engine or prime mover and this compressor having their cylinders and pistons common, the latter being, using a driving rod and crank in common, attached to the control shaft, without requiring a piston, gland and piston bracket.
The metal oil separator c 'has the shape of a sheet iron cone with a flange which is mounted between the flange of the cylinder and that of the crankcase, besides its function of opposing splashing oil from the crankcase, it collects any unburned gasoline that may pass through. through the rings of the annular piston and consequently opposes the dilution of the oil in the bottom of the crankshaft housing.
Considering now, fig. 2 which represents a unit of machine capable of operating as a coarse steam generator.
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Whether direct, oompound or triple expansion, or as a multi-stage compressor, the general arrangement is substantially the same as that described and represented in Fig. 1 exception made for automatic valves as well as for co-operative exhaust ports which are not necessary and in replacement of which suitable ducts are fitted to allow steam or air according to the in this case, to switch from one stage of the motor or compressor to another.
As for the sequence of work phases, when this arrangement is used as a steam engine at high pressure and direct current and triple expansion, provided with the valves necessary to control the compression (something essential for machines direct current steam) in each cylinder, the steam admitted into the high pressure chamber h arrives at the medium pressure chamber f through the ports ±, after acting on the piston a when the compound piston reaches the end from its bottom stroke and from there after acting on the piston 2 passes into the base pressure chamber o through the ports t when the compound piston reaches its up stroke end;
then from this chamber the vapor is finally discharged into the atmosphere through the conduits u and the ports when the compound piston arrives again at the end of its bottom stroke. The paths accomplished by the steam are indicated in the drawing by arrows in solid lines, on the other hand, the arrangement described above is applied to realize like a multi-stage presser, the path of the air is directed. in the opposite direction to that of the steam, in other words:
the air enters through the lights after having passed through a suitable air filter and after having completed its journey through the different stages of the compressor equipped with air cooling elements, it can be obtained directly from chamber h or from the fourth high pressure stage
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x in combination with it,
As for the order of succession of the working phases of the compressor, the air entering through the openings w and through the passages u when the compound piston is at. the end of its bottom run arrives in the space constituting the first stage, or low pressure stage, of the compressor.
From this floor the air passes through the lights to space! when the compound piston is at the end of its top stroke; From this chamber f which represents the 2nd stage of the compressor, the compressed air enters the space h via the path adjoined by refrigeration elements, when the compound piston again reaches the end of its bottom stroke. This space h can be taken as the final stage of the compressor; however, if there is an advantage in doing so, another stage can be combined with it, by mounting at the upper part of the cylinder b a cylinder in which will be housed a high pressure piston x 'rigidly fixed to the piston diver a.
The air is forced from the space h by the cooling elements y into the cylinder and from there it goes through the duct z 'to the air tank. The air paths are indicated in the drawing by dashed arrows. It will be appreciated from the foregoing that the principle of this invention can be applied in the construction of prime movers and compressors for a variety of purposes, and it is clear that the construction details can be changed without departing from the meaning or scope of the invention.