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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'OBTENTION D'UNE COMPRESSION
CONSTANTE DANS LE CYLINDRE MOTEUR D'UN ENSEMBLE MOTEUR
COMPRESSEUR SANS VILEBREQUIN.
Les modes de construction utilisés jusqu'à ce jour pour les groupes moto-compresseur sans vilebrequin présentent l'inconvénient que la cylindrée totale du compresseur ne peut être employée complètement puisque seulement une partie de l'air contenu dans le compresseur peut être refoulée à l'extérieur pour y être utiliséeo Le reste de l'air doit en effet assurer en se détendant le travail nécessaire à la compression dans le cylindre moteur d'où il résulte une réduc- tion de la compression du côté du cylindre moteur, cette ré- duction étant forte et dépendant de la charge du côté com- presseuro Ceci entraîne des difficultés en raison de la néces-
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sité de modifier automatiquement le réglage de l'admission suivant la charge et également en raison du peu de stabilité du réglage automatique.
Le résultat de ces difficultés est qu'il peut se pro- duire en passant d'un régime d'équilibre à un autre, des dérange- ments qui ne disparaissent pas.
On peut écarter les inconvénients ci-dessus en appliquait le procédé conforme à l'invention qui permet d'obtenir une compression constante ou à peu près constante. La nouveauté de l'invention con- siste en ce que l'on obtient une compression invariable en utili- sant le travail de détente des gaz non refoulés par le compresseur conjugué avec celui de la détente de l'air emmagasiné dans des amortisseurs à air spéciaux.
Ces amortisseurs assurent une accu- mulation de l'énergie pendant la compression du côté compresseur, cette accumulation étant telle que la somme de l'énergie transmise aux pistons par l'amortisseur et par les gaz se détendant dans le compresseur ait une valeur constante ou à peu près constante in- dépendante de la charge momentanée, cette énergie étant transmise au piston pendant le déplacement de celui-ci du côté moteur. En même temps les pertes d'air pouvant se produire dans l'amortisseur à la suite des manques d'étanchéité sont compensées par l'air de l'atmosphère ou d'un réservoir sous pression entrant au début du déplacement du piston dont les bords découvrent des lumières ména- gées dans le cylindre.
Il est également possible de compenser les pertes d'air de l'amortisseur au moyen d'une soupape d'aspiration. automatique placée dans la chambre de compression de l'amortisseur, par exemple sur le fond de celui-ci.
Les groupes moto-compresseurs sans vilebrequin permettant l'exécution du procédé conforme à l'invention, présentent encore l'avantage complémentaire que l'air aspiré par le compresseur n'est pas soumis à un étranglement puisqu'on obtient la réduction du volume d'air refoulé parréduction de la quantité de combustible injecté, d'où il résulte que la course du piston dans la direction du cylindre compresseur se trouve réduite automatiquement.
On a représenté à titre d'exemple aux dessins ci-joints un
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moto-compresseur à deux temps permettant l'exécution de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale longitudinale du moto-com- presseur et la fig. 2 en est une vue partiellement en plan et par- tiellement en coupe longitidinale horizontaleo
Le moto-compresseur comprend le cylindre 1 et la chambre in térieure de ce dernier 2 dans laquelle s'accomplit un cycle de mo- teur à combustion par exemple un cycle Diesel. Les lumières 3ser- vet à l'échappement et les lumières 4 au balayage de l'intérieur du cylindre, balayage assuré par l'air provenant du réservoir 5.
Les cylindres d'extrémité 6 et 7 présentent des chambres intérieures 8 et 9 respectivement, dans lesquelles se produit la compression.
Dans les parties élargies des cylindres 6 et 7 se déplacent les pistons d'amortisseurs 12 et 13 solidaires avec les pistons correspondants du compresseur ( à l'extérieur) et du moteur( à l'in- térieur). Les pistons 12 et 13 sont reliés l'un à l'autre par les bielles 14,15 et les, balanciers 16, ce qui assure la synchronisation des mouvements en sens contraire des deux pistons.
Les lumières 17,18 prévues dans les cylindres 8,7 servent à l'aspiration de l'air dans la pompe de balayage constituée par la chambre annulaire 19 entourant la chambre intérieur 2 entre les pis- tons 12 et 13. Les lumières 17,18 servent également à compenser les pertes d'air qui se produisent dans les amortisseurs 10,11 par suite des manques d'étanchéité inévitables.
Les soupapes 20, 21,servent à l'aspiration d'air frais vers les deux compresseurs tandis que les soupapes 22,23 constituent les sou- papes de refoulement du compresseur. Pour compléter la charge d'air du compresseur, avec de l'air provenant de la pompe de balayage 19, il est prévu des lumières 26 avec les conduits correspondants 27 ou 28. L'invention est relative au fonctionnement du moto-c'ompresseur décrit à titre d'exemple pour en faciliter l'exposition et repose sur le principe suivant. Pendant le déplacement des pistons 12,13 de leur position représentée, correspondant au point mort extérieur, vers l'intérieur, l'air restant dans les chambres de compression 8 et 9 se détend ce qui produit l'aspiration d'air frais.
En même temps l'air contenu dans les chambres d'amortisseurs 10,11 se dé-
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tend et la somme des travaux exécutés en même temps par l'air des amortisseurs et par l'air restant dans les compresseurs se trans- forme en énergie cinétique des pistons 12, 13. Cette énergie ciné- tique se transforme à son tour pour donner le travail nécessaire à la compression de l'air dans le cylindre moteur 2 et dans la pompe à air 19.
Peu avant d'atteindre le point mort intérieur, le bord 24 du , piston 13 découvre les lumières 4 qui communiquent ainsi avec la pompe à air de manière que le réservoir 5 reçoive l'air destiné au balayage. Les pistons amortisseurs 12,13 découvrent les lumières 17,18 par lesquelles se fait à ce moment la compensation des fuites dues au manque d'étanchéité des chambres des amortisseurs.
Juste avant que l'on arrive au point mort intérieur des pis- tons 12,13, il se produit une injection de combustible dans la chambre 2 par la soupape à combustible 25. Après cette injection la combustion se produit dans cette chambre ce qui change la direction de déplacement du piston pendant que les gaz de combustion se dé- tendent dans la chambre 2.
Au moment où se découvrent les lumières 3 par le bord intérieur des pistons intérieurs, les gaz de combustion s'échappent et le pis- ton 13 découvre, après que la pression est devenue égale à la pres- sion atmosphérique dans le cylindre 1, les lumières de balayage 4.
L'air de balayage passe alors du réservoir 5 dans le cylindre 2 et repousse devant lui les gaz brûlés s'échappant par les lumiè- res 3. Pendant c,e mouvement de recul l'air se détend dans la pompe de balayage 19 et la pompe de balayage aspire au moment où se décou- vrent les lumières 17 et 18 la masse d'air nécessaire au remplissage ultérieur du réservoir 5. En même temps l'air des chambres d'amortis- seurs 10,11 se trouve comprimé et ce phénomène commence aussitôt que les pistons 12,13 ont couvert les lumières 17,18. A ce moment et après obtention de la pression utilisable,l'air est refoulé par les soupapes de refoulement 22,23.
A la fin de la course d'aspiration, les pistons compresseurs découvrent les lumières 26'-reliées par les conduites 27,28 avec la
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chambre de la pompe de balayage 19 d'où il s'ensuit que les compres- seurs reçoivent un remplissage complémentaire d'air provenant de la pompe de balayage. Dans la pompe 'de balayage décrite, la pression est un peu plus forte pendant ce remplissage complèmentaire que la pression de l'air de balayage. Il serait également possible de réu- bnir les lumières 26 destinées au remplissage complémentaire avec le réservoir 5 d'air de balayage. Dans ce dernier cas le remplissa ge du compresseur se ferait toutefois à une pression légèrement in- férieure à celle correspondant à l'air de balayage.
Pendant le dé- lacement des pistons correspondant à la détente des gaz brûlés, l'énergie cinétique des pistons 12,13 est d'autant plus grande que la quantité de combustible injecté est plus grande. Il s'ensuit que la course du piston et le volume d'air refoulé dans la chambre de compression du compresseur est d'autant plus grande que la quantité de combustible injecté est plus grande. L'énergie cédée par les gaz se détendant dans le compresseur se trouve par suite d'autant plus petite pendant que l'énergie cédée aux pistons par les amortis seurs croit avec l'accroissement de la course et par suite de la pression dans les amortisseurs.
Il n'est pas difficile de déterminer les dimensions de la chambre d'amortisseurs par rapport aux dimen- sions des compresseurs de manière que la somme des énergies cédées aux pistons par le compresseur et par l'amortisseur soit constante ou à peu près constante quelle que soit la charge. Cette disposi- tion a pour résultat une compression finale à peu près constante pour le mélange combustible ou pour l'air dans la chambre de com- bustion du cylindre moteur 2.
Lorsqu'on compense les fuites d'air ou de gaz dues à un man- que d'étanchéité dans l'amortisseur au moyen d'air dont la pres- sion dépasse de moins de 0,8 atm. la pression atmosphérique ou celle de la pompe de balayage, il n'est possible d'obtenir prati- quement une compression à peu près constante dans le moteur que lorsque la section droite utile utile des amortisseurs est plus grande que celle du cylindre moteur. Au contraire si l'on utilise dans les amortisseurs des pressions dépassant de plus de 0,8 atm.
La pression de base ci-dessus, la section utile de l'amortisseur
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peut être plus petite que celle du cylindre moteur. Toutefois pour tenir compte du danger d'explosion du lubrifiant ainsi que des per- tes par chaleur dans les amortisseurs, on doit maintenir le rap- port entre la compression finale et la pression initiale pour les charges les plus grandes possibles au plus égal à 10.
De ce qui prècède on doit conclure que les caractères essentiels d'un moto-compresseur fonctionnant suivant les principas de l'in- vention exige que à le rapport de compression dans les amortis- seurs soit inférieur à 10 et b que la section utile des amortisseurs soit plus grande que la section droite du cylindre moteur lorsque la surpression initiale dans l'amortisseur est inférieure à 0,8 atm. Le moto-compresseur sans vilebrequin décrit n'exige aucun ap- pareil de réglage pour faire dépendre le fonctionnement du moteur du rendement du compresseur. Le dosage en combustible correspond à la charge peut se faire aitomatiquement suivant la supression existant dans le réservoir contenant l'air refoulé.
En l'absence d'un étranglement de l'air aspiré suivant les différentes charges, les pertes complémentaires qui en découle- raient sont supprimées. La pompe à combustible peut être commandée par exemple à l'aide d'une came reliée au balancier 16 ou encore par un système pneumatique de type connu.
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METHOD AND DEVICE FOR OBTAINING A COMPRESSION
CONSTANT IN THE ENGINE CYLINDER OF AN ENGINE ASSEMBLY
COMPRESSOR WITHOUT CRANKSHAFT.
The construction methods used to date for motor-compressor units without crankshaft have the drawback that the total displacement of the compressor cannot be used completely since only part of the air contained in the compressor can be delivered to it. The rest of the air must in fact ensure by relaxing the work necessary for compression in the engine cylinder, resulting in a reduction in the compression on the engine cylinder side, this re- duction being strong and dependent on the load on the compressor side This causes difficulties due to the need
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sity to automatically change the intake setting depending on the load and also because of the lack of stability of the automatic adjustment.
The result of these difficulties is that when passing from one equilibrium regime to another, disturbances can occur which do not disappear.
The above drawbacks can be avoided by applying the process according to the invention which makes it possible to obtain constant or almost constant compression. The novelty of the invention consists in that one obtains an invariable compression by using the work of expansion of the gases not delivered by the compressor combined with that of the expansion of the air stored in air shock absorbers. specials.
These dampers ensure an accumulation of energy during compression on the compressor side, this accumulation being such that the sum of the energy transmitted to the pistons by the damper and by the gases expanding in the compressor has a constant value or approximately constant independent of the momentary load, this energy being transmitted to the piston during the displacement of the latter on the motor side. At the same time, the air losses that may occur in the shock absorber as a result of leaks are compensated for by air from the atmosphere or from a pressure tank entering at the start of the movement of the piston whose edges discover lights left in the cylinder.
It is also possible to compensate for air losses from the shock absorber by means of a suction valve. automatic placed in the compression chamber of the shock absorber, for example on the bottom of the latter.
The motor-compressor units without crankshaft allowing the execution of the method according to the invention, also have the additional advantage that the air sucked in by the compressor is not subjected to a constriction since the reduction of the volume d 'air delivered by reducing the quantity of fuel injected, whereby the stroke of the piston in the direction of the compressor cylinder is reduced automatically.
There is shown by way of example in the accompanying drawings a
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two-stroke motor-compressor allowing the execution of the invention.
Fig. 1 is a longitudinal vertical section of the motor-compressor and FIG. 2 is a view partially in plan and partially in horizontal longitudinal section.
The motor-compressor comprises cylinder 1 and the inner chamber of the latter 2 in which a combustion engine cycle is performed, for example a diesel cycle. Lights 3 serve for the exhaust and lights 4 for scanning the inside of the cylinder, scanning provided by the air coming from the tank 5.
The end cylinders 6 and 7 have inner chambers 8 and 9 respectively, in which the compression occurs.
In the widened parts of the cylinders 6 and 7 move the shock absorber pistons 12 and 13 integral with the corresponding pistons of the compressor (on the outside) and of the engine (on the inside). The pistons 12 and 13 are connected to one another by the connecting rods 14, 15 and the balances 16, which ensures the synchronization of the movements in the opposite direction of the two pistons.
The openings 17,18 provided in the cylinders 8,7 serve to suck air into the scavenging pump constituted by the annular chamber 19 surrounding the inner chamber 2 between the pistons 12 and 13. The slots 17, 18 also serve to compensate for the air losses which occur in the dampers 10,11 as a result of the inevitable leaks.
The valves 20, 21 serve for the intake of fresh air to the two compressors, while the valves 22, 23 constitute the discharge valves of the compressor. To complete the air charge of the compressor, with air coming from the scavenging pump 19, openings 26 are provided with the corresponding ducts 27 or 28. The invention relates to the operation of the compressor motor. described by way of example for ease of exposure and is based on the following principle. During the movement of the pistons 12,13 from their position shown, corresponding to the outside dead center, towards the inside, the air remaining in the compression chambers 8 and 9 expands which produces the intake of fresh air.
At the same time the air contained in the damper chambers 10,11 is released
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tends and the sum of the work carried out at the same time by the air in the shock absorbers and by the air remaining in the compressors is transformed into kinetic energy of the pistons 12, 13. This kinetic energy is in turn transformed to give the work required to compress the air in the engine cylinder 2 and in the air pump 19.
Shortly before reaching internal dead center, the edge 24 of the piston 13 uncovers the openings 4 which thus communicate with the air pump so that the reservoir 5 receives the air intended for sweeping. The damping pistons 12,13 uncover the slots 17,18 by which the compensation for leaks due to the lack of tightness of the damper chambers is done at this time.
Just before reaching the internal dead center of the pistons 12,13, fuel is injected into chamber 2 through fuel valve 25. After this injection, combustion occurs in this chamber, which changes. the direction of movement of the piston as the combustion gases are expended in chamber 2.
At the moment when the openings 3 are exposed through the inner edge of the inner pistons, the combustion gases escape and the piston 13 discovers, after the pressure has become equal to the atmospheric pressure in the cylinder 1, the scan lights 4.
The purging air then passes from the reservoir 5 into the cylinder 2 and pushes before it the burnt gases escaping through the lights 3. During c, the backward movement the air expands in the purging pump 19 and the scavenging pump sucks when the openings 17 and 18 are uncovered the mass of air necessary for the subsequent filling of the tank 5. At the same time the air from the damper chambers 10,11 is compressed and this phenomenon begins as soon as the pistons 12,13 have covered the lights 17,18. At this time and after obtaining the usable pressure, the air is discharged by the discharge valves 22,23.
At the end of the suction stroke, the compressor pistons uncover the ports 26'-connected by the pipes 27,28 with the
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purge pump chamber 19 from which it follows that the compressors receive a complementary filling of air from the purge pump. In the scavenging pump described, the pressure is somewhat higher during this additional filling than the pressure of the scavenging air. It would also be possible to combine the openings 26 intended for complementary filling with the tank 5 of purging air. In the latter case, however, the compressor would be filled at a pressure slightly lower than that corresponding to the purging air.
During the displacement of the pistons corresponding to the expansion of the burnt gases, the kinetic energy of the pistons 12, 13 is all the greater as the quantity of fuel injected is greater. It follows that the stroke of the piston and the volume of air discharged into the compression chamber of the compressor is all the greater as the quantity of fuel injected is greater. The energy given up by the gases expanding in the compressor is therefore all the smaller while the energy given to the pistons by the shock absorbers increases with the increase in stroke and as a result of the pressure in the shock absorbers. .
It is not difficult to determine the dimensions of the damper chamber in relation to the dimensions of the compressors so that the sum of the energies transferred to the pistons by the compressor and by the damper is constant or nearly constant whatever. whatever the load. This arrangement results in an approximately constant final compression for the fuel mixture or for the air in the combustion chamber of engine cylinder 2.
When air or gas leaks due to leakage in the shock absorber are compensated by means of air whose pressure exceeds by less than 0.8 atm. atmospheric pressure or that of the scavenging pump, it is only possible to obtain almost constant compression in the engine when the useful useful cross section of the shock absorbers is greater than that of the engine cylinder. On the contrary, if one uses in the shock absorbers pressures exceeding more than 0.8 atm.
The base pressure above, the effective section of the shock absorber
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may be smaller than that of the engine cylinder. However, to take into account the danger of the lubricant exploding as well as heat losses in the shock absorbers, the ratio between the final compression and the initial pressure must be maintained for the largest possible loads at most equal to 10 .
From what precedes it must be concluded that the essential characteristics of a motor-compressor operating according to the principles of the invention require that at the compression ratio in the dampers be less than 10 and b that the useful section of the shock absorbers is greater than the cross section of the engine cylinder when the initial overpressure in the shock absorber is less than 0.8 atm. The crankshaftless motor compressor described does not require any adjustment device to make the operation of the engine dependent on the efficiency of the compressor. The fuel metering corresponds to the load can be done automatically depending on the pressure existing in the tank containing the discharged air.
In the absence of a restriction of the air drawn in according to the different loads, the additional losses which would result from it are eliminated. The fuel pump can be controlled for example by means of a cam connected to the balance 16 or else by a pneumatic system of known type.