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Perfectionnements aux moteurs à mouvement alternatif.
La présente invention concerne des moteurs à mouvement alternatif. Son but principal est de fournir un moteur per- fectionné actionné par fluide, dans lequel les effets de frottement, tels que ceux inhérents aux moteurs ordinaires du type à piston en va et vient, sont réduits au minimum.
Suivant cette invention, la chambre de travail d'un mo- teur à mouvement alternatif actionné par fluide comprend une série d'au moins trois éléments tubulaires disposés télesco- piquement, ne venant pas en contact l'un avec l'autre, dont .les éléments alternés sont portés par deux organes de sup- port de tubes qui sont déplaables l'un par rapport à l'autre dans le sens de l'axe de la chambre de travail et qui cons- @
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titu ent une culasse de cylindre et une tête de piston respectivement, un seulement de ces organes présentant une lumière disposée de façon à permettre l'admission d'une charge de fluide de travail sous pression dans l'élément tubulaire le plus intérieur de la série,
les éléments tubulaires étant ouverts aux extrémités opposées à la tête de piston et à la culasse de façon à fournir un trajet sinueux pour la charge à travers les espaces annulaires formés entre les éléments tubulaires; l'échappement sort à pression réduite de l'espace situé le plus à l'extérieur. De cette manière la charge de fluide de travail admise dans l'élément tubulaire intérieur imprime de l'énergie de commande à la tête de piston et se détend dans toute la série d'éléments tubulaires pendant une course de la tête de piston.
Les éléments tubulaires sont de préférence disposés de telle façon que le trajet à travers la série d'éléments tubulaires pour le fluide de travail est sensiblement plus long, à mi-course, par exemple au moins deux fois aussi long, que la course du moteur.
Les éléments tubulaires peuvent être faits en n'importe quel métal et de n'importe quelle épaisseur pour le fluide de travail particulier à employer, qui peut être de la vapeur, de l'air comprimé, des produits de combustion ou un autre fluide approprié sous-pression, et on remarquera que comme la pression de fluide sur la face intérieure et sur la face extérieure d'un élément tubulaire quelconque est sensiblement la même, il n'y a pas d'efforts d'écrasement dont il faille tenir compte et ces éléments peuvent être beaucoup plus minces que les cylindres de moteurs analogues habituels à mouvement alternatif, actionnés par fluide, ayant appropimativement la même puissance. Par exemple dans le cas de moteurs utilisant des produits de combustion, un acier d'environ 0 ;022 pouced'épaisseur est approprié.
Les dessins annexés montrent à titre d'exemples différen-
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tes manières de mettre l'invention en pratique. Dans ces dessins :
La fig. I est une vue en élévation en partie en coupe, d'une forme simple d'un moteur vertical à simple effet.
La fig. 2 est une vue analogue montrant un moteur à simple effet suivant la présente invention, combiné à un moteur à piston ordinaire du type à deux temps.
La fig. 3 est une vue en élévation, en partie en coupe, d'un moteur à double effet.
La fig. 4 est une vue en plan correspondante.
La fig. 5 est une vue en plan d'un moteur à chambres de travail multiples.
La fig. 6 est une vue en élévation correspondante.
La fig. 7 est une coupe par la ligne 7-7 de la fig. 5.
La fig. 8 est une coupe par la ligne 8-8 de la fig. 5.
La fig. 9 est une vue en élévation, en partie en coupe, d'un moteur radial.
La fig. 10 est un plan de celui-ci.
La fig. II est une vue en élévation, en partie en coupe, par la ligne II-II de la fig.IO.
La fig. 12 est une vue de détail du logement de la soupape d'admission du moteur radial.
Les dessins sont de nature schématique et les mêmes chiffres de référence indiquent les mêmes pièces sur toutes les figures.
Dans la construction représentée à la fig. I, il y a deux organes porte-tubes déplaçables axialement l'un par rapport à l'autre, constituant respectiv ement une culasse de cylindre 10 et une tête de piston II. La culasse 10 est fixe et porte un certain nombre d'éléments tubulaires espacés concentriques 12, et la tête II est mobile en va et vient et porte un certain nombre d'éléments tubulaires espacés concentriques 13 qui s'étendent dans les espaces annulaires entre les éléments tubulaires 12, sans venir en contact avec ceux-ci. Tous les élé-
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ments tubulaires sont ouverts à leurs extrémités internes et la disposition est telle qu'une charge de fluide moteur fournie à l'élément tubulaire intérieur I2, est obligée de s'é couler en un trajet sinueux entre ces éléments.
De cette manière le fluide de travail s'écoule à travers la chambre de travail en.un trajet de section transversale graduellement croissante. Le fluide de tr¯avail est fourni sous pression à la chambre de travail formée par lès éléments tubulaires' 12,13 au moyen d'un passage d'admission 14 dans la culasse IO du cylindre. Ce passage d'admission est commandé par une soupape d'admission 15. Après avoir circulé dans les espaces annulaires entre les éléments tubulaires, le fluide de travail est évacué à l'atmosphère à pression réduite, à l'extrémité ouverte de l'espace annulaire entre les éléments tubulaires extérieurs 12 et 13.
La tête de piston II à mouvement de va et vient est guidée de façon à éviter le contact des éléments tubulaires mobiles 13 avec les éléments tubulaires fixes 12. Dans la construction représentée à la fig. I, une tige 16 attachée à la tête de piston II, passe à travers un guide 17 dans lequel elle peut glisser librement axialement. N'importe quel moyen de guidage approprié peut être employé, mais de préférence un moyen du type à billes ou à rouleaux de façon à réduire le frottement au minimum.
La tige 16 est reliée ar une bielle 18 à une manivelle 19 montée sur un arbre à manivelle 20, disposé en-dessous de la chambre de travail du moteur.Si on désire raccourcir la hauteur totale du moteur, l'arbre à manivelle peut être disposé d'un côté de la chambre de travail, une liaison de fonctionnement appropriée étant prévue entre la tête du piston II et la manivelle 19.
La soupape d'admission 15 peut être actionnée par un mé- canisme de soupape approprié, par exemple à partir d'une manivelle ou d'un excentrique 21 prévu sur l'arbre à manivelle 20, par l'intermédiaire de tiges articulées de commande de
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soupape 22.
On remarquera que la présente invention procure un moteur à mouvement alternatif qui est destiné à fonctionner par une combinaison d'effets d'impulsion et de réaction, d'une manière assez semblable à celle d'une turbine à réaction, et que comme les éléments tubulaires formant la chambre de travail ne viennent pas en contact, il y a absence complète de frottement dans la chambre de travail et qu'il n'y a aucune pièce dans celle-ci à laquelle il soit nécessaire de fournir un lubrifiant. Il en résulte par conséquent que si d'autres pièces de ce moteur entre lesquelles un mouvement relatif a lieu sont pourvues de paliers à billes ou à rouleaux, le frottement est réduit au minimum et l'attention nécessaire pendant la marche au point de vue du graissage est à peu près négligeable.
Si on le désire, les faces internes de la culasse du cylindre et de la tête de piston peuvent être conformées de façon à obtenir l'effet maximum par réaction à chaque renversement du sens d'écoulement du fluide de travail. Lorsqu'elle fonctionne dans ces conditions, la chambre de travail peut comprendre un nombre tel d'éléments tubulaires et disposés de façon telle que l'échappement sorte de l'élément tubulaire extérieur pratiquement à la pression atmosphérique.
Différentes modifications de la construction décrite cidessus peuvent être faites sans qu"on s'écarte de l'invention.
Par exemple, certains des éléments tubulaires peuvent être plus courts que les autres. Ainsi l'élément tubulaire le plus intérieur 12, auquel le fluide de travail est fourni, peut être tout à fait court, par exemple 4'un quart seulement de la longueur des autres éléments.
Il est à remarquer que la création d'un trajet relativement long pour le fluide de travail, de l'admission à l'échappement, permet d'extraire du fluide de travail l'énergie disponible dans celui-ci avant qu'il atteigne l'orifice d'échappement et que la disposition de moyens d'obturation entre les éléments
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tubulaires en va et vient l'un par rapport à l'autre n'est pas nécessaire.
Dans le but de refroidir le moteur ou d'obtenir l'avantage maximum de la détente du fluide de travail, de l'eau peut être admise dans l'élément tubulaire intérieur, soit avec l'admission du fluide de travail, soit après celle-ci, cette eau étant ensuite séparée du fluide de travail évacué et étant envoyée dans'le radiateur pour être réutilisée dans le moteur.
La fig. 2 montre une disposition dans laquelle un moteur construit conformément'à la présente invention est combiné à un moteur à piston usuel du type à deux temps, dont le cylindre est indiqué schématiquement en 23. Le piston 24 de ce moteur est relié par une bielle 25 à une manivelle 26 de l'arbre à manivelle 20, et un tuyau 27 conduit de la lumière d'échappement du cylindre 23 au passage d'admission 14 de la culasse de cylindre 10. De cette manière les gaz d'échappement du moteur à piston sont utilisés pour faire fonctionner le moteur suivant la présente invention et on obtient une nouvelle détente et une réduction de pression des gaz d'échappement provenant du moteur à piston.
Dans la disposition de la fig. 2, l'échappement de la chambre de travail est envoyée dans une caisse 28 entourant les éléments tubulaires 12,13 et on a prévu un orifice d'échappement 29 dans cette caisse. La caisse 28 permet de recueillir l'échappement, par exemple dans le cas d'un moteur à vapeur, en vue de la condensation.
Si on le désire, une caisse telle que 28 peut être prévue dans la construction de la fig. I.
Un moyeur à double effet suivant la présente invention est représenté à la fig. 3. Ce moteur comprend deux culasses de cylindre fixes 10, dont les séries d'éléments tubulaires 12 s'étendent l'une vers l'autre, et une tête de piston II commune, à mouvement de va et vient, qui est disposée entre les séries d'éléments tubulaires 12 et possède, sur les côtés opposés, des séries d'éléments tubulaires 13 qui sont intercalées entre
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lea éléments tubulaires 12. La tête de piston II est portée par un bras oscillant 30 présentant à son extrémité inférieure un pivot 31, et les éléments tubulaires sont incurvés suivant un arc ayant comme centre l'axe de ce pivot.
Le bras 30 oscille dans la caisse 28 dans laquelle est évacué l'échappement de la chambre de travail, et le pivot 31 passe à travers un bossage s'étendant latéralement sur cette caisse 28 et porte à son extrémité extérieure un bras 32 qui est relié par la bielle 18 à la manivelle 19 de l'arbre à manivelle 20. Sur 1' arbre à manivelle sont montés deux cames ou excentriques 21 qui par l'intermédiaire des mécanismes de soupape 22, actionnent les soupapes d'admission 15 dans les culasses 10 du cylindre, en relation appropriée dans le temps.
Un moteur suivant la présente invention, comparable à un moteur à combustion interne usuel multi-cylindrique, est représenté aux fig. 5 à 8 inclusivement. Ce moteur comprend deux rangées de chambres de travail 33, trois dans chaque rangée, qui sont espacées latéralement. Ces chambres de travail sont formées par les éléments tubulaires 12,13, mais les culasses de cylindre 10 sont dans ce cas à la partie inférieure et soht fixées à un carter 34. Les têtes de piston II des chambres de travail correspondantes dans les deux rangées sont reliées rigidement par des bras 35 à un cylindre de guidage 36 disposé entre les chambres de travail. Le cylindre de guidage est destiné à glisser longitudinalement sur un cylindre creux 37, voir fig. 7, fixé au carter.
Des roulements à billes 38 sont prévus entre le cylindre 37 et le cylindre de guidage 36 pour réduire le frottement au minimum. Le cylindre de guidage est relié par la bielle 18 à la manivelle 19 prévue sur l'arbre à manivelle 20 qui, comme on le remarquera, est dans ce cas un arbre à trois levées, ayant des manivelles espacées l'une de l'autre de 120 . Le combustible est fourni, à l'aide d'un ventilateur 39, à deux têtes de combustion 40, pour desservir respectivement les deux rangées de chambres de tra-
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vail 33.
Les têtes de combustion communiquent avec les tuyaux d'alimentation principaux 41 disposés un le long de chaque côté du carter 34.Les produits de combustion passent par ces tuyaux qui sont en communication par des branchements avec trois logements de soupape 42 associés chacun à l'une des chambres de travail de la rangée correspondante. De chaque logement de soupape un tuyau d'admission 45 conduit à l'élémenttubulaire le plus intérieur 12 de la chambre de travail correspondante.
L'écoulement des produits de combustion dans le logement de soupape est commandé par la soupape d'admission 15 voir fig.8.
Les soupapes d'admission pour les chambres de travail correspondantes dans les deux rangées sont disposées de façon à être ouvertes par un double mécanisme de soupapes 44, commandé par une came 45 montée sur l'arbre 20 ; il y a trois cames 45 placées à 120 l'une de l'autre et trois séries de mécanismes de soupape, comme on le comprendra aisément.
L'application de l'invention à un moteur radial est représenté aux fige 9 à 12 inclusivement. Ce moteur comprend deux séries de six chambres de travail 33 entre lesquelles les cylindres de guidage 36 sont disposés. Les têtes de piston II sont reliées aux cylindres de guidage par les bras 35, comme dans la construction des fig. 5 à 8, et les cylindres de guidage sont reliées par les bielles 18 à l'arbre à manivelle 20 à une seule levée. Chacun des tuyaux 41 partant des têtes de combustion (non représentées) débouche dans une rainure annulaire 46, voir fig. 10, dans le logement de soupape 42 contenant une soupape en disque rotative 47 fixée sur l'arbre à manivelle 20.
Une ouverture 48 est prévue de part en part dans la soupape en disque pour établir la communication entre la rainure annulaire 46 et chacun des passages d'un certain nombre de passages 49 conduisant à leur tour à un des passages d'admission 50 qui communiquent respectivement avec les éléments tubulaires les plus intérieurs des chambres de travail.
L'invention n'est pas limitée aux applications particu-
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lières ni aux détails de construction représentés aux dessins annexés vu que ces applications et ces détails peuvent être modifiés dans de larges limites sans qu'on s'écarte de l'invention.