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Installation motrice pistons libres.
L'invention concerne une installation de force motrice à pistons libres, dont le piston moteur reçoit, sur une face, le travail fourni par les gaz d'un cylindre à combustion interne, et fournit du travail, sur l'a.utre face dans un cylindre compresseur, et elle consiste en ce que le déplacement des positions de fin de course, est plus ±.rand du cote du cylindre moteur que du coté du cylindre compresseur.
Il peut suffire aussi, dans bien des cas, de ne déplacer que la position de fin de course du côté du cylindre moteur, la position de fin de course ne variant alors
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pas du côté du cylindre compresseur. ordinairement, les déplacements de la position de fin de course ont lieu dans le même sens du côté du cylindre moteur, d'une part, et du c8té du cylindre compresseur, d'autre part ; toutefois, dans des cas exceptionnels, ils peuvent aussi avoir lieu dans des sens contraires. Le réglage des positions de fin de course peut avoir lieu en fonction de la puissance fournie par la moteur à pistons libres.
A cet effet, le régla- e peut avoir lieu en fonction de la pression de l'air de combustion ou des gaz d'échappement du cylindre moteur ou du compresseur, ou de la machine entraînée par les gaz comprimés, ou d'un turbine entraînée par les gaz d'échappement du cylindre moteur.
On peut synchroniser la marche âes pistons libres pris deux à deux ou tous ensemble, Pour la synchronisation on peut utiliser par exemple un méca- nisme à à manivelle, la position de fin de course étant ré- alée du c8té du cylindre à combustion, par suite de la longueur finie de la bielle, d'une autre façon que la position de fin de course du c8té du cylindre compresseur, La bielle conduit généralement: du piston libre au mécanis- :.,le à ani velles dans la direction de la force qui exerce le travail de compression.
Les pistons libres pris deux à deux et se déplaçant dans des sens contraires peuvent aussi être reliés entre eux par des balanciers, la position de fin de course variant alors en fonction de la position du picot du balancier, Pour la synchronisation de deux pistons libres se déplaçant dans des sens contraires, on peut utiliser aussi une liaison hydraulique et faire varier la quantité de liquide contenue dans cette liaison pour régler la position de fin de course. Pour faire varier la quantité de liquide on peut utiliser des soupapes servant à amener et à évacuer le liquide. Les pistons libres peuvent être freinés à fin de course par un dispositif de freinage, .les positions de fin de course étant réglées par des variations de ce dispositif de freinage.
Le réglage des positions de
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fin de course peut aussi avoir lieu par variation du moment de l'injection du combustible dans le cylindre moteur ou par variation de la charge du cylindre moteur ou pa.r varia- tion des conditions d'échappement du cylindre moteur.
On expliquera maintenant l'invention en se référant aux dessins annexés, qui en représentent quelques exemples de réalisation simplifiés et plusieurs courbes.
La. fig. 1 est une vue d'un exemple de réalisation d'une installation motrice à pistons libres conformément à 1'invention.
La fig. 2 est un diagramme qui se rapporte au mo- teur de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue d'une autre installation mo- trice à pistons libres.
Les fig. 4,5 et 6 sont des vues de détails de l'ins- tallation de la fig. 3.
Les fig. 7 et 8 sont- aes courbes qui se rapportent aux installations des fige 1 et 3.
Les installations motrices à pistons libres repré- sentées dans les fig. 1 et 3 comportent quatre pistons li- bres 1 à 4 fonctionnant dans les deux cylindres moteurs 5 et 6. Les cylindres compresseurs '7 et 8 sont ajoutés de cha- que coté du cylindre moteur 5, et les cylindres compres-seurs 9 et 10 de chaque coté du cylindre moteur 6. Les pistons mo- teurs 1 à 4 sont reliés chacun à l'un despistons compres- seurs 11,12, 13 et 14. L'air de balayage et de combustion arrive aux cylindres moteurs 5 et 6 par les tuyauteries 15 et 16 respectivement, et le combustible est injecté par les dispositifs 17 et 18 respectivement. Les gaz d'échappement produits par la combustion s'échappent par les tuyauteries d'échappement 19 et 20.
Le gaz à comprimer, de l'air par exemple, est aspiré à travers les raccords 21 et refoulé après compression par les conduits 22.
Le gaz à comprimer peut être aspiré par exemple sous forme d'air dans l'atmosphère et servir, une fois comprimé, .
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en partie pour le balayage et la combustion, et en partie pour faire fonctionner des machines motrices, telles que des turbines à air, ou pour actionner des outils à air co mprimé, etc.. Les gaz d'échappement vont dans une machine motrice, telle qu'une turbine à gaz d'échappement, dans laquelle leur énergie est encore utilisée complètement. Les gaz d'échappement peuvent:, par exemple pour abaisser leur température en vue de ménager les turbines, être mélangés avec l'air venant du compresseur. La température de l'air est alors augmentée et la température des gaz d'échappement est abaissée.
L'augmentation de la température de l'air permet, d'une part, d'obtenir une améloration du rendement, et d'au- tre part l'abaissement de la température des gaz d'échappement ménage la turbine à gaz d'échappement..
Dans l'exemple de réalisation représenté dans la fig. l, les pistons compresseurs 11 à 14 sont reliés chacun à l'une des pièces de guidage 23 - 26, sur lesquelles sont articulées les bielles 27 - 30 respectivement. Les bielles s 27 et 29 attaquent l'arbre à manivelle 31 et les bielles 28 et 30 attaquent l'arbre à manivelle 32. Ces deux arbres à manivelle n' effectuent pas de rotation complète et ils n'effectuent qu'un mouvement oscillant au cours duquel les points morts proprement dits des manivelle ne sont jamais s atteints. Les deux manivelles d'un arbre sont décalées entre elles de 180 , de sorte que les pistons reliés à ces mani.velles effectuent les mouvements opposés.
La longueur des bielles est avantageusement prise aussi petite que possible par rapport au rayon des manivelles pour que la position de fin de course puisse être réglée, du côté du compresseur,autrement que du coté des cylindres moteurs, comme l'indique la fig. 2. Lorsque l'amplitude angulaire est réduite de la valeur à la valeurfi ' ce qui correspond à une réduction de la course de la valeur a à la
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leur 2. du côté du cylindre moteur, tandis qu'ellevarie de la valeur c du côté du cylindre compresseur. Par suite de la longueur finie de la bielle, le déplacement c est pous petit que le déplacement d. L' inégalité de ces déplacements est d'autant pous grande que la bielle est plus courte.
On obtient ainsi l'avantage que la marche du compresseur varie beaucoup moins que celle du moteur, ce qui fait que la puissance à fournir par le moteur varie bien , mais que la pression du fluide comprimé ne varie pas beaucoup, pour la synchronisation des pistons se déplaçant dansdes sens opposés, les de±; arbres à manivelle 31 et 32 peuvent également être reliés par des manivelles et des bielles.
Dans l'exemple représenté,dans la fig.3, la synchronisation des pistons libres a lieu par liaisons hydrauliq ues.
Les deux pistons libres 1 et 3 sont reliés entre eux au moyen d'une liaison hydraulique 33, et les deux pistons 2. et 4 par une liaison hydraulique 34. A cet effet, les pistons compresseurs 11, 12, 13 et 14 sont reliés chacun, par lintermédiai- re de tiges 35, à 1' un des pistons 36-39 qui déplacent la liaison hydraulique. Dans les liaisons hydrauliques 33 et 34 sont montés les deux dispositifs de distribution 40 et 41 qui commandent respectivement l'arrivée et l'écoulement du liquide. Les deux pistons 36 et 38 sont reliésentre eux par un balancier 42, et les deux pistons 37 et 39 par un balancier 43. Les pivots 44 et 45 sont articulés sur un tiroir 46 et 47 respectivement.
Le tiroir 46 se meut dans un cylindre 51, qui comporte des lumières de distribution 48, 49 et 50. Le cy- lindre 51 est chargé d'un coté par le ressort 52 et de l'autre c8té par un liquide de distribution amené par le conduit 53.
Lors que le pivot 44 du balancier 42 monte, le liquide sous pressicn arrivant par le conduit 54 peut passer librement par la, lumière de distribution 48, de sorte que le contenu de la liaison hydraulique 33 est augmenté. Si le pivot
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44 descend, par contre, la lumière de distribution 48 est fermée, tandis que la lumière de distribution 50 est ouverte, de sorte que le liquide peut passer par les lumières 49 et 50 dans le conduit d'écoulement 55. Le contenu de la liaison hydraulique se trouve alors diminué, le piston est soulevé et par conséquent aussi le pivot 44, jusqu'à ce que les deux lumières 48 et 50 soient refermées.
Une opération de réglage correspondante s'établit aussi pour la liaison hydraulique 34 sous l'action du dispositif de distribution 41.
Pendant le fonctionnement de l'installation motrice à pistons libres, les pistons qui, dans chaque paire se déplacent dans des sens opposés, sont écartés l'un de l'autre sous l'action des combustions qui se produisent dans les cylindres moteurs 5. et 6, de sorte que les gaz contenus dans les cylindres compresseurs 7, 8 et 9, 10 respectivement sont comprimés et envoyés par- les conduits de refoulement 22 à leurs points d'utilisation. Dans les positions extrêmes de fin de course, il se produit un matelas d'air qui empêche les pistons libres de continuer leur mouvement.
Pendant la course suivante les pistons sont repoassées jusqu'à la position intérieure de fin de course par les liaisons hydrauliques et au moyen des pistons 36, 37 et 38, 39, les cylindres compresseurs 11, 12 et 13, 14 aspirant de nouveau de l'air frais par le conduit 21. Simultanément les pistons moteurs 1, 2, et 3, 4 compriment 1 '-air de balayage et de combustion qui arrive par les conduits de balayage 15 et 16 . Dans la position intérieure de fin de course, du combustible est in- j ecté dans l'air de combustion comprimé, cette injection ayant lieu par les dispositifs d'injection 17 et 18, de sorte que les deux pistons 1,2 et 3,4 sont de nouveau écartés l'un de l'autre par la combustion.
Pendant que les deux pistons 1 et 2 se meuvent dans un sens, les deux autres pistons 3. et 4. se meuvent dans l'autre sens sous l'action de la liaison hydraulique.
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Dans''la position extérieure de fin de course, les pistons sont freinés par le matelas d'air emprisonné entre les pistons compresseurs 11, 12 et 13,14 et les fonds des cylindres 7, 8 et 9,10. Selon que la quantité de liquide contenue dans 'les liaisons hydrauliques est rendu plus graude ou plus petite par le déplacement du cylindre 51, les pistons effectuent aussi une course plus ou moins grande.
Lorsqu'ils effectuent une dourse relativement grande, les gaz de la combustion se détendent dans la petite chambre de combustion restante des cylindres moteurs b et 6 jusqu'à une pression plus basse que si les pistons effectuent une course plus petite, les gaz de la combustion se dilatant moins pendant la course motrice, ce qui fait que la pression finale est plus grande.
Bien que la course soit plus petite, le travail produit est plus grand-, parce que les gaz se dilatent sous des pressions beaucoup plus élevées, que lorsque la course est plus grande, les pressions de détente étant plus basses. pour synchroniser aussi la marche des deux pistons à mouvements opposés, les colonnes de liquide peuvent agir chacune, comme 1' indique la fig.
4, sur un piston 56, 57 , ces deux pistons déplaçant d'autres pistons 60, 61 par l'in- termédiaire des tiges b8, 59, Entre les pistons 60 et 61 oscille, guidée par un conduit 62, une liaison hydraulicue 63 qui déplace l'un des pistons 60 et 61 dans le même sens que l'autre des deux pistons. Le réglage peut être assuré par un organe de sûreté 64, qui laisse sortir du liquide lorsque la pression est trop haute dans la colonne de liquide. Du liouide de remplacement peut être amené en outre par le conduit 65, en passant par un organe de retenue 66.
Si ce mouvement de liaison unilatéral ne suffisait, pas pour la synchronisation, une synchronisation positive pourrait 'être obtenue au moyen d'une colonne de liquide cor-
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respondante reliant entre elles les faces encore libres des deux pistons 60 et 61.
Si le matelas de gaz contenu dans les cylindres compresseurs ne suffit pas encore pour limiter la course des pistons, un frein hydraulique peut être relié par exemple au piston 36 (37, 38, 39, fig. 3), comme l'indique la fig. 5, Ce frein comporte un piston 67 qui, dans la position de fin de course, s'engage dans une cuvette de freinage 68 dans laquelle le mouvement du piston se trouve freiné. Il s'établit alors dans la chambre 69, suivant l'intensité du freinage, une pression déterminée pouvant être: transmise par exemple par le conduit 70 à des éléments de commande agissant par exemple sur l'injection du combustible ou sur l'augmentation ou la diminution de colonnes de liquide.
3i une augmentation de la puissance est produite dans les cylindres moteurs 5 et 6 Par une augmentation du volume des chambres de combustion, il est parfois nécessaire, en particulier lorsque l'on veut que la pression des gaz comprimés ne varie pas, que l'espace nuisible du compresseur diminua, de façon que son débit devienne plus -rand.
C'est pourquoi le dispositif de freinage du piston liquide 36 (37,33, 39, fig. 3) peut être disposé, comme L'indique'la fig. 6, de façon à pouvoir coulisser dans l'axe longitudinal. Le piston de frein 71 détermine avec la cage de frein 72 une chambre de freinage 73. Le piston atteindra donc toujours sa position extérieure de fin de course à un endroit correspondant à la position de la cage de frein 72.
Or, on peut déplacer la cage de frein 73 ans l'axe longitudinal au moyen du pas de vis 74 taillé dans son col, de sorte que la position de fin de course se trouve aussi déplacée de façon correspondante dans l'axe longitudinal. Au lieu du pas de vis 74, il peut y avoir aussi des pistons à l'aide desquels le déplacement de la
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cage de frein a lieu, Le cas échéant, le pression de freinage, qui peut être transmise par le conduit 75 de la cage de frein, peut agir sur des dispositifs déterminés de coinmande faisant partie de 1'installation motrice.
Des dispositifs de commande quelconques peuvent 'être branchés sur les conduits 53, par exemple des dispositifs imprimant des impulsions en fonction de la pression de balayage ou de charge dans le conduit 15 ou 16, ou en fonction de la pression des gaz de la combustion dans les conduits 19 et 20 ou en fonction des machines motrices actionnées par les gaz comprimés ou les gaz de la combustion, ou encore en fonction de dispositifsde réglage commandés à la main.
Le cas échéant, au lieu d'agir directement sur un compresseur, l'une des faces des pistons (par exemple 2 et 4, fig. 1 et 2) peut aussi agir d'abord sur une machine à manivelles tournantes et, à partir de cette machine seulement, sur un compresseur ou une génératrice électrique,
On a xaproduit dans la fig. 7 deux diagrammes pression-volume des phénomènes qui se déroulent dans le cylindre moteur à combustion (b ou 6).
L'un montre les conditions pour une petite pression de charge (pression initiale de compression po = 1,2 atm. abs., pression finale de compression 32 atm. abs., chambre de combustion Vo = 6% de la cylindrée), tandis que l'autre est dessiné pour une charge plus haute (pression initiale de compression po = 4 atm. abs., pression finale de compression 50 atm. abs., chambre de compression V1 = 13% de la cylindrée.
Du côté compresseur, il faut tâcher d'obtenir un espace nuisible aussi petit que possible, pour que les rendements soient encore favorables, même aux hautes pressions de refoulement.
Dans la fig. 8, on a reproduit deux diagramme s de volume du compresseur : l'un pour une marche avec une
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basse pression de compression (p = 1,2 atm. abs.) , et l'autre pour une pression de compression plus haute (p = 4 atm. abs.,). La chambre de compression Voest à peu près la même dans les deux cas.
Les déplacements des positions de fin de course du côté du cylindre moteur sont de préférence plus grands que du côté du cylindre compresseur. Ceci sera le cas, en particulier, lorsque la pression de compression n'est pas maintenue éale, et qu'elle peut ou doit varier au contraire des limites plus ou moins grandes. Toutefois, le déplacement des positions de fin de course peut aussi être plus petit du coté cylindre moteur que du coté du cylirdre oppresseur, en particulier lorsqu'il faut faire varier le débit du compresseur en faisant varier son espace nuisible, res variations de la position de fin de course peuvent avoir lieu dans le même sens ou dans des sens opposés, suivant la zone (..'utilisation de l'installation motrice à pistons libres.
Pour plus de simplicité, il convient de maintenir invariable l'espace nuisible du compresseur, ctest à dire de ne pas déplacer la position de fin de course du côté compresseur.
1-our régler les positions de fin de course, on peut -ivoir recoursà dès-facteurs de fonctionnement quelconques, par exemple la charge, la vitesse ou d'autres facteurs des machines actionnées par les gaz de la combustion du cylinde .Moteur ou par les gaz comprimés du cylindre compresseur.
Toutefois, on peut aussi capter des impulsions en fonction de facteurs de marche des @achines pistons libres ellesmêmes. Le cas échéant, on peut aussi régler les phénomènes d'injection au combustible dans le temps et relativement à la quantité de combustion en fonction de facteurs de marche du moteur s. pistons libres. On peut par exemple amorcer les opérations d'injection en fonction des positions finales ou déterminer, en fonction de positions déterminées des pistons
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ou de charges une injection préalable qui provoque encore un freinage des pistons avant qu'ils n'atteignent la position de fin de course.
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Motor installation with free pistons.
The invention relates to a driving force installation with free pistons, the driving piston of which receives, on one side, the work supplied by the gases of an internal combustion cylinder, and provides work, on the other side in a compressor cylinder, and it consists in that the displacement of the end-of-travel positions is more ± .rand on the side of the motor cylinder than on the side of the compressor cylinder.
It may also suffice, in many cases, to move only the end-of-stroke position on the side of the engine cylinder, the end-of-stroke position not varying then.
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not on the compressor cylinder side. Usually, the movements of the end-of-travel position take place in the same direction on the side of the engine cylinder, on the one hand, and on the side of the compressor cylinder, on the other hand; however, in exceptional cases they can also take place in opposite directions. The adjustment of the end-of-stroke positions can take place as a function of the power supplied by the free-piston motor.
To this end, the regulation can take place as a function of the pressure of the combustion air or of the exhaust gases of the engine cylinder or of the compressor, or of the machine driven by the compressed gases, or of a turbine. driven by the exhaust gases of the engine cylinder.
The running can be synchronized with free pistons taken two by two or all together. For the synchronization one can use for example a crank mechanism, the end-of-stroke position being made on the side of the combustion cylinder, for example. Following the finite length of the connecting rod, other than the end position of the compressor cylinder side, The connecting rod generally leads: from the free piston to the mechanism:., the to ani velles in the direction of the force that exerts the work of compression.
The free pistons taken two by two and moving in opposite directions can also be connected to each other by balances, the end-of-travel position then varying according to the position of the balance pin, For the synchronization of two free pistons moving in opposite directions, it is also possible to use a hydraulic connection and to vary the quantity of liquid contained in this connection in order to adjust the end-of-travel position. To vary the quantity of liquid, valves can be used to supply and discharge the liquid. The free pistons can be braked at the end of the stroke by a braking device, the end of stroke positions being adjusted by variations of this braking device.
Adjusting the positions of
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The limit switch can also take place by varying the timing of fuel injection into the engine cylinder or by varying the load on the engine cylinder or by varying the exhaust conditions of the engine cylinder.
The invention will now be explained with reference to the accompanying drawings, which show a few simplified embodiments thereof and several curves.
Fig. 1 is a view of an exemplary embodiment of a power plant with free pistons in accordance with the invention.
Fig. 2 is a diagram which relates to the motor of FIG. 1.
Fig. 3 is a view of another motor installation with free pistons.
Figs. 4,5 and 6 are detail views of the installation of FIG. 3.
Figs. 7 and 8 are curves which relate to the installations of figs 1 and 3.
The drive installations with free pistons shown in fig. 1 and 3 have four free pistons 1 to 4 operating in the two engine cylinders 5 and 6. The compressor cylinders' 7 and 8 are added on each side of the engine cylinder 5, and the compressor cylinders 9 and 10 on each side of the engine cylinder 6. The engine pistons 1 to 4 are each connected to one of the compression pistons 11, 12, 13 and 14. The purging and combustion air reaches the engine cylinders 5 and 6 through pipes 15 and 16 respectively, and the fuel is injected through devices 17 and 18 respectively. The exhaust gases produced by combustion escape through the exhaust pipes 19 and 20.
The gas to be compressed, air for example, is drawn in through the fittings 21 and discharged after compression through the conduits 22.
The gas to be compressed can be sucked for example in the form of air in the atmosphere and be used, once compressed,.
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partly for scavenging and combustion, and partly for operating prime movers, such as air turbines, or for operating compressed air tools, etc. The exhaust gases go into a prime mover, such as an exhaust gas turbine, in which their energy is still used completely. The exhaust gases can:, for example to lower their temperature in order to protect the turbines, be mixed with the air coming from the compressor. The air temperature is then increased and the temperature of the exhaust gases is lowered.
The increase in the air temperature makes it possible, on the one hand, to obtain an improvement in efficiency, and on the other hand, the lowering of the temperature of the exhaust gases protects the gas turbine. exhaust..
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the compressor pistons 11 to 14 are each connected to one of the guide pieces 23 - 26, on which the connecting rods 27 - 30 are articulated respectively. The connecting rods 27 and 29 engage the crankshaft 31 and the connecting rods 28 and 30 engage the crankshaft 32. These two crank shafts do not perform a complete rotation and they only perform an oscillating movement. during which the actual dead points of the cranks are never reached. The two cranks of a shaft are offset from each other by 180, so that the pistons connected to these cranks perform the opposite movements.
The length of the connecting rods is advantageously taken as small as possible compared to the radius of the cranks so that the end-of-stroke position can be adjusted, on the compressor side, other than on the side of the engine cylinders, as shown in FIG. 2. When the angular amplitude is reduced from the value to the value fi 'which corresponds to a reduction in the travel from the value a to the
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their 2. on the engine cylinder side, while it varies by the value c on the compressor cylinder side. As a result of the finite length of the connecting rod, the displacement c is less than the displacement d. The inequality of these displacements is all the greater as the connecting rod is shorter.
The advantage is thus obtained that the operation of the compressor varies much less than that of the engine, which means that the power to be supplied by the engine varies well, but that the pressure of the compressed fluid does not vary much, for the synchronization of the pistons. moving in opposite directions, the ±; Crank shafts 31 and 32 can also be connected by cranks and connecting rods.
In the example shown in fig.3, the synchronization of the free pistons takes place by hydraulic connections.
The two free pistons 1 and 3 are interconnected by means of a hydraulic connection 33, and the two pistons 2. and 4 by a hydraulic connection 34. For this purpose, the compressor pistons 11, 12, 13 and 14 are connected. each, through rods 35, to one of the pistons 36-39 which move the hydraulic linkage. In the hydraulic connections 33 and 34 are mounted the two distribution devices 40 and 41 which respectively control the arrival and the flow of the liquid. The two pistons 36 and 38 are interconnected by a balance 42, and the two pistons 37 and 39 by a balance 43. The pivots 44 and 45 are articulated on a slide 46 and 47 respectively.
The spool 46 moves in a cylinder 51, which comprises distribution slots 48, 49 and 50. The cylinder 51 is loaded on one side by the spring 52 and on the other side by a distribution liquid supplied by. conduit 53.
When the pivot 44 of the balance 42 rises, the pressurized liquid arriving through the conduit 54 can pass freely through the distribution lumen 48, so that the content of the hydraulic connection 33 is increased. If the pivot
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44 descends, on the other hand, the distribution lumen 48 is closed, while the distribution lumen 50 is open, so that the liquid can pass through the lumens 49 and 50 in the flow duct 55. The contents of the link hydraulic is then reduced, the piston is raised and therefore also the pivot 44, until the two ports 48 and 50 are closed.
A corresponding adjustment operation is also established for the hydraulic connection 34 under the action of the distribution device 41.
During the operation of the power plant with free pistons, the pistons which, in each pair move in opposite directions, are separated from each other under the action of the combustions which occur in the engine cylinders 5. and 6, so that the gases contained in the compressor cylinders 7, 8 and 9, 10 respectively are compressed and sent through the discharge conduits 22 to their points of use. In the extreme end-of-stroke positions, an air mattress is produced which prevents the free pistons from continuing to move.
During the following stroke, the pistons are pushed back to the internal end-of-stroke position by the hydraulic connections and by means of the pistons 36, 37 and 38, 39, the compressor cylinders 11, 12 and 13, 14 sucking in again. 'fresh air through duct 21. Simultaneously, the engine pistons 1, 2, and 3, 4 compress the purging and combustion air which arrives through the purging ducts 15 and 16. In the internal end-of-stroke position, fuel is injected into the compressed combustion air, this injection taking place via the injection devices 17 and 18, so that the two pistons 1, 2 and 3, 4 are again separated from each other by the combustion.
While the two pistons 1 and 2 move in one direction, the other two pistons 3. and 4. move in the other direction under the action of the hydraulic connection.
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In the outer end-of-stroke position, the pistons are braked by the air mattress trapped between the compressor pistons 11, 12 and 13,14 and the bottoms of the cylinders 7, 8 and 9,10. Depending on whether the quantity of liquid contained in the hydraulic connections is made larger or smaller by the displacement of the cylinder 51, the pistons also perform a greater or lesser stroke.
When they perform a relatively large stroke, the combustion gases expand in the small remaining combustion chamber of engine cylinders b and 6 to a lower pressure than if the pistons perform a smaller stroke, the gases from the cylinder combustion expanding less during the driving stroke, so that the final pressure is greater.
Although the stroke is smaller, the work produced is greater - because gases expand under much higher pressures, than when the stroke is larger, the expansion pressures being lower. to also synchronize the operation of the two pistons with opposite movements, the liquid columns can each act, as 1 'indicates in FIG.
4, on a piston 56, 57, these two pistons moving other pistons 60, 61 by means of the rods b8, 59, Between the pistons 60 and 61 oscillates, guided by a duct 62, a hydraulic link 63 which moves one of the pistons 60 and 61 in the same direction as the other of the two pistons. The adjustment can be provided by a safety member 64, which lets liquid out when the pressure is too high in the liquid column. Replacement fluid can also be supplied through line 65, passing through a retainer 66.
If this one-sided binding movement was not sufficient for synchronization, positive synchronization could be achieved by means of a column of cor-
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respondant connecting together the still free faces of the two pistons 60 and 61.
If the gas mattress contained in the compressor cylinders is not yet sufficient to limit the stroke of the pistons, a hydraulic brake can be connected for example to the piston 36 (37, 38, 39, fig. 3), as shown in fig. . 5, This brake comprises a piston 67 which, in the end-of-stroke position, engages in a braking cup 68 in which the movement of the piston is braked. A determined pressure is then established in the chamber 69, depending on the intensity of the braking, which can be: transmitted for example by the duct 70 to control elements acting for example on the injection of the fuel or on the increase or decrease in liquid columns.
3i an increase in power is produced in the engine cylinders 5 and 6 By an increase in the volume of the combustion chambers it is sometimes necessary, in particular when it is desired that the pressure of the compressed gases not vary, that the the harmful space of the compressor decreased, so that its flow rate became larger.
This is why the brake device of the liquid piston 36 (37,33, 39, fig. 3) can be arranged, as shown in fig. 6, so as to be able to slide in the longitudinal axis. The brake piston 71 together with the brake cage 72 determines a braking chamber 73. The piston will therefore always reach its outer end-of-travel position at a location corresponding to the position of the brake cage 72.
Now, the brake cage 73 can be moved in the longitudinal axis by means of the thread 74 cut in its neck, so that the end-of-travel position is also displaced correspondingly in the longitudinal axis. Instead of the thread 74, there may also be pistons by means of which the displacement of the
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brake cage takes place. Where appropriate, the brake pressure, which can be transmitted through line 75 of the brake cage, can act on specific control devices forming part of the power plant.
Any control devices may be plugged into the conduits 53, for example devices which pulse as a function of the sweep or charge pressure in conduit 15 or 16, or as a function of the pressure of the combustion gases in. the conduits 19 and 20 or according to the engine machines actuated by the compressed gases or the combustion gases, or according to manually controlled adjustment devices.
If necessary, instead of acting directly on a compressor, one of the faces of the pistons (for example 2 and 4, fig. 1 and 2) can also act first on a machine with rotating cranks and, from of this machine only, on a compressor or an electric generator,
We have xaproduced in fig. 7 two pressure-volume diagrams of the phenomena which take place in the combustion engine cylinder (b or 6).
One shows the conditions for a small charge pressure (initial compression pressure po = 1.2 atm. Abs., Final compression pressure 32 atm. Abs., Combustion chamber Vo = 6% of displacement), while that the other is designed for a higher load (initial compression pressure po = 4 atm. abs., final compression pressure 50 atm. abs., compression chamber V1 = 13% of the displacement.
On the compressor side, an attempt must be made to obtain as small a nuisance space as possible, so that the outputs are still favorable, even at high delivery pressures.
In fig. 8, we have reproduced two compressor volume diagrams: one for operation with
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low compression pressure (p = 1.2 atm. abs.), and the other for a higher compression pressure (p = 4 atm. abs.,). The Vo compression chamber is roughly the same in both cases.
The movements of the end-of-stroke positions on the engine cylinder side are preferably greater than on the compressor cylinder side. This will be the case, in particular, when the compression pressure is not kept equal, and it can or must vary on the contrary more or less large limits. However, the displacement of the end-of-stroke positions can also be smaller on the engine cylinder side than on the oppressor cylinder side, in particular when it is necessary to vary the flow rate of the compressor by varying its harmful space, res variations in the position limit switches can take place in the same direction or in opposite directions, depending on the zone (.. use of the free-piston power plant.
For greater simplicity, the harmful space of the compressor should be kept invariable, that is to say not to move the limit switch position on the compressor side.
1-to adjust the end-of-stroke positions, it is possible to resort to any operating factors, for example the load, the speed or other factors of the machines actuated by the combustion gases of the cylinder. Engine or by compressed gases from the compressor cylinder.
However, it is also possible to pick up pulses as a function of the duty cycle of the free piston machines themselves. Where appropriate, it is also possible to adjust the fuel injection phenomena over time and in relation to the quantity of combustion as a function of engine operating factors s. free pistons. For example, it is possible to initiate the injection operations as a function of the final positions or to determine, as a function of determined positions of the pistons
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or charges a prior injection which again causes the pistons to brake before they reach the end-of-stroke position.