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"Perfectionnements apportés aux moto-compresseurs à pis- tons libres opposés ".
L'invention est relative aux moto-compresseurs à pis- tons libres opposés (c'est-à-dire aux appareils comportant deux pistons moteurs se déplaçant en sens inverse dans un même cy- lindre, ces pistons moteurs étant chacun solidaire d'au moins un piston compresseur), étant du genre de ceux dont les pis- tons moteurs sont ramenés l'un vers l'autre, après la course motrice, d'une part,par la détente de 1'air se trouvant encore contenu dans les espaces morts des cylindres compresseurs et, d'autre part, par la détente d'un matelas de compensation constitué par un fluide gazeux contenu dans une capacité diminuant de volume au fur et à mesure que les pistons s'écar- tent l'un de l'autre.
Elle a pour but, surtout, de rendre tels, lesdits appareils, qu'ils répondent, mieux que jusqu'à présent, aux desiderata de la pratique* Elle consiste, principalement, à constituer la ca-
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pacité devant contenir le matelas de compensation à faire comporter aux appareils du genre en question par des chambres pratiquement étanches pendant au moins une partie de la course des pistons, ces chambres étant disposées immédiatement derriè- re les pistons moteurs, donc diminuant de volume, tandis que la pression du fluide y contenu croît, lorsque lesdits pis- tons se déplacent en s'écartant l'un de l'autre.
Elle consiste, mise à part cette disposition princi- pale. en certaines autres dispositions, qui s'utilisent de pré- férence en même temps et dont il sera plus explicitement par- lé ci-après, notamment en une seconde disposition, consistant à prévoir des moyens de refroidissement pour les matelas de compensation à faire comporter aux moto-compresseurs du genre en question.
Elle vise, plus particulièrement, un certain mode d'application, ainsi que certains modes de réalisation, des** dites dispositions; et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les moto-com- presseurs du genre en question comportant application desdites dispositions, les éléments spéciaux propres à leur établis- sement, ainsi que les ensembles, fixes ou mobiles, compre- nant de tels moto-compresseurs.
Et elle pourra, de toute façon, âtre bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
Les figures 1 à 4,de ces dessins, montrent, sché- matiquement, selon des coupes axiales partielles, quatre moto- compresseurs à pistons libres établis conformément à quatre modes de réalisation de l'invention.
Selon l'invention, et plus particulièrement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant d'établir
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un moto-compresseur à pistons libres comportant des matelas de compensation propres à assurer un retour correct de ses pistons l'un vers l'autre pour les divers régimes de fonation nement de l'appareil, on s'y prend comme suit, ou de façon analogue,
On constitue essentiellement ledit moto-compressem par un bâti comportant, vers son centre, le cylindre moteur a et, vers ses deux extrémités, les cylindres compresseurs coaxiaux aux cylindres moteurs, et on monte, dans les susdits cylindres,
deux ensembles constitués chacun par un piston mo- teur o solidaire d'un piston compresseur d, ces pistons étant propres à coagir respectivement avec les cylindres a et b et les pistons moteurs découvrant respectivement, à la fin de la détente des gaz brûlés, l'un des lumières d'admission al,l'at tre des lumières d'échappement a2 ménagées dans les parois du cylindre a.
Mais, au lieu de constituer les matelas de compen- sation, ainsi qu'on a déjà proposé de le faire, soit en ménageant un alésage dans l'intérieur de la tige réunissant chaque piston moteur au.pis ton compresseur qui en est solidaire et en faisant porter au fond du cylindre compresseur un mandrin fixe propre à s'enfoncer de façon étan- che dans l'alésage susindiqué, les matelas de compensation étant alors contenus dans les capacités délimitées par ces alésages et par les extrémités des susdits mandrins, soit en faisant porter à chaque piston compresseur, du côté opposé au piston moteur, un piston auxiliaire propre à s'enfoncer de façon étanche dans un cylindre auxiliaire lui- même porté par le fond fixe du cylindre compresseur,
les mate- las de compensation étant alors contenus entre lesdits pis- tons et cylindres auxiliaires.
On constitue les susdits matelas en réunissant chaque piston moteur au piston compresseur correspondant par une tige! de section inférieure à celle dudit piston moteur,
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et en prolongeant, du côté du piston compresseur, le cylindre moteur de manière à constituer, derrière chaque piston moteur, une chambre de volume variable = limitée, du c8té opposé au piston moteur, par une cloison ± percée d'une ouverture h telle que la tige puisse y coulisser de façon étanche, par exemplemunie à cet effet d'un presse étoupe disposé soit extérieurement (fig. 1, 2 et 4), soit intérieurement (fig. 3) à la chambre f.
Bien entendu on peut, ou bien (fig, 1, 2 et 3) établir le piston moteur en un seul élément présentant sur toute sa longueur le même diamètre, ou bien (fig. 4) constituer ledit piston moteur en deux parties c1, c2 la première, constituant le piston moteur proprement dit, étant reliée par exemple par une tige avec la seconde, laquelle constitue le piston du matelas de compen- sation et peut, dans certains cas, être fait de section diffé- rente de la section de la première, par exemple supérieure.
Les pistons moteurs présentent, de toute façon, par leur face arrière, dans les chambres! , une surface active égale à la section du cylindre dans lequel ils se déplacent, diminuée de oelle de la tige e, et on détermine, bien entendu, la section de ladite tige, ainsi que le volume présenté par les chambres f, lorsque les pistons moteurs sont dans leurs posi- tions correspondant au début de la course motrice moyenne, de manière telle que l'énergie emmagasinée dans les matelas de compensation à la fin des courses motrices soit susceptible d'assurer un fonctionnement satisfaisant du moto-compresseur, quelles que soient les longueurs desdites courses motrices.
Afin de maintenir substantiellement constante la masse de gaz évoluant dans les matelas de compensation, on agence,avantageusement de manière telle, les organes cons- tituant ces derniers, que les fuites soient compensées lors de chaque cycle.
A cet effets on a avantageusement recours à des
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moyens tels qu'ils mettent lesdits matelas de compensation en liaison, une fois par cycle, avec une source de gaz à pression substantiellement constante, moyens que l'on peut réaliser, entre autres façons, de l'une de celles qui vont être indiquées.
Selon un premier mode de réalisation (fig. 1), on agence de manière telle, les pistons moteurs, qu'à la fin de leur course qui les rapproche l'un de l'autre,on course non motrice, ils mettent en communication avec les chambres f les lumières a1,a2, soit que la tranche arrière de ces pistons, en fin de course, vienne découvrir lesdites lumières, soit que des canaux ± , k2, ménagés dans l'intérieur du piston moteur et débouchant par l'une de leurs extrémités dans la chambre f, viennent, en regard, par leur autre extrémité disposée sur la paroi latérale des pistons moteurs, avec les lumières a1, a2.
Selon un second mode de réalisation (figure 3), on ménage dans la paroi du cylindre moteur des lumières spéciales 1 plus éloignées du plan de symétrie de l'ensemble que les lu- mières al, a2 et communiquant avec une source de gaz à pression constante, par exemple avec les lumières a1, a2, les pistons moteurs et lesdites lumières 1 étant agencées de manière telle qu'elles soient mises en communication avec les chambres t lors- que les pistons moteurs parviennent à la fin de la course non motrice tandis que les lumières a1 et a2 ne sont pas découvertes.
Selon, enfin, un troisième mode de réalisation (fig.2 et 4), on fait tel, le piston moteur, qu'il ne découvre pas les lumières a1, a2, à la fin de la course non motrice et on ménage dans la tige e au moins un passage m, par exemple une simple rainure, tel que, vers la fin de ladite course non motrice, il fasse communiquer l'intérieur des chambres f avec une source de gaz à pression constante, par exemple avec la capacité se trouvant exister entre la cloison et l'envers des pistons compresseurs, laquelle capacité peut, @ communiquer directement avec ltatmaphère par des passages n (fig, 1,2 et 3).
Bien entendu, quel que soit le mode de réalisation
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adopté, on pourra, dans certains cas, avoir avantage à ce que la pression la plus basse susceptible de régner dans les cham- bres t soit différente de la pression atmosphérique ou de celle régnant dans les tubulures d'admission et d'échappement du système moteur.
On pourra, par exemple, désirer que cette pression soit supérieure à la pression atmosphérique, auquel cas on pour- ra avoir recours à toute source de pression appropriée, par exemple à la pression régnant dans la tubulure de refoulement du compresseur ou dans le réservoir contenant l'air de balayage pour le moteur.
Cependant, il sera particulièrement simple de se procurer l'air comprimé nécessaire pour alimenter à la pression convenable les chambres f en ayant recours au mode de réalisation représenté par la figure 4.
Selon ce mode de réalisation, ayant prolongé de manière telle, les parois des cylindres compresseurs, qu'une capacité fermée o , de volume variable, soit constituée en re- gard de la face arrière de chacun des pistons compresseurs, on perce les parois de chacun des cylindres compresseurs d'au moins une lumière disposée de manière telle qu'elle soit recouverte par les parois latérales du piston compresseur cor- respondant à un moment donné de la course non motrice, ce grâce à quoi, à partir de ce moment, l'air contenu dans les capacités o se trouve comprimé, et on met en liaison lesdites capacités o, en ayant re- cours à l'une des dispositions susindiquées, vers la fin de la course non motrice, avec les chambres e,
ce qutil est par- ticulièrement simple de réaliser si l'on a recours au troi- sième des susdits modes de réalisation et si la cloison g est commune à la capacité et à la chambre e correspondante.
Il y a lieu de noter qu'il sera possible, en combi- nant les dispositions venant d'être énumérées, d'obtenir, non pas seulement un remplissage constant des matelas de compen-
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sation, mais encore un renouvellement du gaz y contenu. Il suffira, à cet effet, de prévoir deux systèmes analogues aux susdite mettant, de préférence simultanément, les chambres t en communication avec deux sources de gaz à des pressions avan- tageusement différentes. On pourra, par exemple, parvenir à ce résultat, en combinant les susdits deuxième et troisième modes de réalisation. De l'air sous pression pénétrera alors par les passages m et de l'air balayé sortira par les lumiè- res 1, par exemple vers l'atmosphère.
En suite de quoi on obtient, dans tous les cas, un ensemble dont le fonctionnement et les avantages ressortent suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'entrer à leur sujet dans aucune explication suppémentaire.
Et, ou bien on se contente de procéder ainsi qu'il vient d'être dit, ou bien, et mieux, on a recours à certaines autres dispositions, telles que la suivante, et qui peuvent, le cas échéant, être utilisées isolément.
Selon cette disposition, on prévoit des moyens pro- pres à assurer le refroidissement des matelas de compensation des moto-compresseurs du genre en question, cela notamment afin d'éviter que les températures de ces matelas n'atteignent des valeurs trop élevées qui pourraient provoquer l'inflammation de l'huile de graissage, et afin de maintenir le rendement de ces matelas aussi élevé que possible.
On constitue avantageusement les susdits moyens de refroidissement, ou bien, ainsi que représenté (fig. 1, 3 et 4), en munis- sant extérieurement d'ailettes 3 les parois des chambres e et en disposant de manière telle les passages n et en agençant de préférence, en outre, de manière elle-même telle, les parois latérales du piston compresseur (par exemple en leur faisant comporter un étranglement interne d1). que le courant d'air créé à travers lesdits passages par les déplacements dudit piston vienne lécher les susdites ailettes q,
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ou bien, ainsi que représenté fig. 2, en munissant extérieurement d'une chemise de refroidissement (pouvant être réunie avec celle du cylindre moteur) les parois des chambres e.
Grâce au refroidissement ainsi réalisé, on maintien- dra à une température avantageuse les parois des éléments mo- teurs (cylindre et piston), cela en leur enlevant des calories qui ne sont pas empruntées au cycle moteur mais qui, étant transmises par les parois des susdits éléments moteurs, repré- sentent, de toute façon, de l'énergie perdue.
Il y a lieu de noter que l'air des matelas de com- pensation évolue entre une température maxima assez peu élevée (inférieure à. la température d'inflammation des huiles de grais- sage) et une température minima, très inférieure à la tempé.. rature ambiante, et que les échanges de ohaleur entre les ma- telas de oompensation et l'extérieur ne sont importants qu'au voisinage des points morts en raison des vitesses réduites.
Quand l'équilibre des températures est atteint, la quantité de ohaleur perdue par les matelas en fin de compres- sion diffère peu ou pas du tout de la quantité de chaleur pé- nétrant dans lesdits matelas en fin de détente.
Comme il va de soi et comme il ressort d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des mo- des de réalisation de ses diverses parties ayant plus parti- culièrement été envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
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"Improvements made to motor compressors with opposed free pistons".
The invention relates to motor-compressors with opposed free pistons (that is to say to devices comprising two motor pistons moving in the opposite direction in the same cylinder, these motor pistons being each secured to each other. minus a compressor piston), being of the kind whose motor pistons are returned to one another, after the driving stroke, on the one hand, by the expansion of the air still contained in the dead spaces of the compressor cylinders and, on the other hand, by the expansion of a compensating mattress consisting of a gaseous fluid contained in a capacity which decreases in volume as the pistons move apart from one of them. the other.
Its purpose, above all, is to make the said devices such that they respond better than hitherto to the desiderata of practice * It consists mainly of constituting the
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pacity to contain the compensation mattress to be made to the devices of the type in question by practically sealed chambers during at least part of the stroke of the pistons, these chambers being arranged immediately behind the driving pistons, therefore decreasing in volume, while that the pressure of the fluid contained therein increases, when said pistons move away from one another.
It consists, apart from this main provision. in certain other arrangements, which are preferably used at the same time and which will be dealt with more explicitly below, in particular in a second arrangement, consisting in providing cooling means for the compensation mattresses to be included motor compressors of the kind in question.
It relates more particularly to a certain mode of application, as well as certain embodiments, of the said provisions; and it relates more particularly still, and this as new industrial products, to the motor-compressors of the type in question comprising application of the said provisions, the special elements specific to their establishment, as well as the assemblies, fixed or mobile, comprising such motor-compressors.
And it could, in any event, be well understood with the aid of the additional description which follows, as well as the appended drawings, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication.
Figures 1 to 4 of these drawings show, schematically, in partial axial sections, four free-piston motor-compressors established in accordance with four embodiments of the invention.
According to the invention, and more particularly according to that of its modes of application, as well as those of the embodiments of its various parts, to which it seems that preference should be given, proposing to establish
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a motor-compressor with free pistons comprising compensating mattresses suitable for ensuring a correct return of its pistons towards one another for the various operating speeds of the apparatus, the procedure is as follows, or analogous way,
Said moto-compressem is essentially constituted by a frame comprising, towards its center, the engine cylinder a and, toward its two ends, the compressor cylinders coaxial with the engine cylinders, and it is mounted in the aforesaid cylinders,
two sets each consisting of a motor piston o integral with a compressor piston d, these pistons being able to coact respectively with the cylinders a and b and the motor pistons respectively uncovering, at the end of the expansion of the burnt gases, the 'one of the intake ports a, the other of the exhaust ports a2 formed in the walls of the cylinder a.
But, instead of constituting the compensation mattresses, as has already been proposed to do, either by leaving a bore in the interior of the rod joining each motor piston to the udder your compressor which is integral with it and by bringing to the bottom of the compressor cylinder a fixed mandrel suitable for inserting tightly into the aforementioned bore, the compensation mattresses then being contained in the capacities delimited by these bores and by the ends of the aforesaid mandrels, or by causing each compressor piston to carry, on the side opposite to the engine piston, an auxiliary piston capable of being inserted in a sealed manner into an auxiliary cylinder itself carried by the fixed base of the compressor cylinder,
the compensation mates then being contained between said auxiliary pistons and cylinders.
The aforesaid mattresses are formed by joining each motor piston to the corresponding compressor piston by a rod! of section smaller than that of said motor piston,
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and by extending, on the side of the compressor piston, the engine cylinder so as to constitute, behind each engine piston, a variable volume chamber = limited, on the side opposite to the engine piston, by a partition ± pierced with an opening h such that the rod can slide therein in a sealed manner, for example provided for this purpose with a stuffing box arranged either externally (fig. 1, 2 and 4), or internally (fig. 3) to the chamber f.
Of course it is possible, either (fig, 1, 2 and 3) to establish the motor piston in a single element having the same diameter over its entire length, or else (fig. 4) to constitute said motor piston in two parts c1, c2 the first, constituting the engine piston proper, being connected for example by a rod with the second, which constitutes the piston of the compensation mattress and can, in certain cases, be made of section different from the section of the first, for example superior.
The engine pistons present, anyway, by their rear face, in the chambers! , an active surface equal to the section of the cylinder in which they move, reduced by the size of the rod e, and the section of said rod is of course determined, as well as the volume presented by the chambers f, when the pistons motors are in their positions corresponding to the start of the average driving stroke, so that the energy stored in the compensation mattresses at the end of the driving strokes is capable of ensuring satisfactory operation of the motor-compressor, whatever are the lengths of said drive strokes.
In order to keep the mass of gas moving in the compensation mattresses substantially constant, the members constituting the latter are advantageously arranged in such a way that the leaks are compensated for during each cycle.
To this end, use is advantageously made of
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means such as to put said compensating mattresses in connection, once per cycle, with a source of gas at substantially constant pressure, means which can be produced, among other ways, in one of those which will be indicated .
According to a first embodiment (fig. 1), the driving pistons are arranged in such a way that at the end of their stroke which brings them closer to one another, one non-driving stroke, they put in communication. with the chambers f the lights a1, a2, either that the rear edge of these pistons, at the end of the stroke, discover the said ports, or that channels ±, k2, formed in the interior of the motor piston and opening through the one of their ends in the chamber f, come opposite, by their other end disposed on the side wall of the motor pistons, with the slots a1, a2.
According to a second embodiment (FIG. 3), special slots 1 are provided in the wall of the motor cylinder which are more distant from the plane of symmetry of the assembly than the lights a1, a2 and communicate with a source of pressurized gas. constant, for example with the lights a1, a2, the driving pistons and said lights 1 being arranged in such a way that they are placed in communication with the chambers t when the driving pistons reach the end of the non-driving stroke while that the lights a1 and a2 are not discovered.
According to, finally, a third embodiment (fig. 2 and 4), one makes such, the driving piston, that it does not discover the openings a1, a2, at the end of the non-driving stroke and one spares in the rod e at least one passage m, for example a simple groove, such that, towards the end of said non-driving stroke, it communicates the interior of the chambers f with a source of gas at constant pressure, for example with the capacity se finding exist between the partition and the back of the compressor pistons, which capacity can, @ communicate directly with the starter through passages n (fig, 1,2 and 3).
Of course, whatever the embodiment
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adopted, it may, in certain cases, be advantageous for the lowest pressure likely to prevail in the chambers t to be different from the atmospheric pressure or from that prevailing in the intake and exhaust pipes of the system engine.
It may, for example, be desirable for this pressure to be greater than atmospheric pressure, in which case recourse may be had to any appropriate pressure source, for example the pressure prevailing in the discharge pipe of the compressor or in the reservoir containing the purging air for the engine.
However, it will be particularly simple to obtain the compressed air necessary to supply the chambers f at the appropriate pressure by having recourse to the embodiment shown in FIG. 4.
According to this embodiment, having extended in such a way, the walls of the compressor cylinders, that a closed capacity o, of variable volume, is formed with regard to the rear face of each of the compressor pistons, the walls of each of the compressor cylinders at least one lumen arranged in such a way that it is covered by the side walls of the compressor piston corresponding to a given moment of the non-driving stroke, whereby, from that moment, the air contained in the capacitors o is compressed, and said capacitors o are put in connection, having recourse to one of the aforementioned arrangements, towards the end of the non-driving stroke, with the chambers e,
which is particularly easy to achieve if recourse is had to the third of the aforesaid embodiments and if the partition g is common to the capacity and to the corresponding chamber e.
It should be noted that it will be possible, by combining the provisions just listed, to obtain, not only a constant filling of the compensating mattresses.
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sation, but also a renewal of the gas contained therein. For this purpose, it will suffice to provide two systems similar to the aforesaid, preferably simultaneously placing the chambers t in communication with two sources of gas at advantageously different pressures. This result can, for example, be achieved by combining the aforesaid second and third embodiments. Pressurized air will then enter through the passages m and the swept air will exit through the lights 1, for example into the atmosphere.
As a result of which, in all cases, an assembly is obtained, the operation and advantages of which emerge sufficiently from the above for it to be unnecessary to enter into any additional explanation about them.
And, either one is satisfied to proceed as it has just been said, or else, and better, one has recourse to certain other provisions, such as the following, and which can, if necessary, be used in isolation.
According to this arrangement, specific means are provided for ensuring the cooling of the compensation mattresses of the motor-compressors of the type in question, in particular in order to prevent the temperatures of these mattresses from reaching excessively high values which could cause ignition of the lubricating oil, and in order to keep the performance of these mattresses as high as possible.
The aforesaid cooling means are advantageously formed, or else, as shown (fig. 1, 3 and 4), by providing the walls of the chambers e with fins 3 on the outside and by arranging the passages n and in such a manner. preferably arranging, in addition, in such a manner, the side walls of the compressor piston (for example by making them include an internal constriction d1). that the air current created through said passages by the movements of said piston comes to lick the aforesaid fins q,
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or else, as shown in FIG. 2, by providing the walls of the chambers with a cooling jacket (which can be joined with that of the motor cylinder) on the outside.
Thanks to the cooling thus produced, the walls of the motor elements (cylinder and piston) will be kept at an advantageous temperature, by removing from them calories which are not borrowed from the motor cycle but which, being transmitted by the walls of the motor elements. the aforementioned driving elements represent, in any case, lost energy.
It should be noted that the air in the compensation mattresses varies between a relatively low maximum temperature (lower than the ignition temperature of the lubricating oils) and a minimum temperature, much lower than the temperature. .. ambient temperature, and that the heat exchanges between the oompensation matresses and the outside are only important in the vicinity of the dead points because of the reduced speeds.
When the temperature equilibrium is reached, the quantity of heat lost by the mattresses at the end of compression differs little or not at all from the quantity of heat entering said mattresses at the end of expansion.
As goes without saying and as moreover already emerges from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its modes of application, nor to those of the embodiments of its various parts. having more particularly been considered; on the contrary, it embraces all the variants.
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