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'Perfectionnement aux moteurs à combustion interne, ma- chines à vapeur ou gaz sous pression, compresseurs, pompes ou analogues à piston rotatif-alternatif à quadruple effet.
La présente invention concerne un appareil à piston rotatif pouvant recevoir de nombreuses applications comme moteurs, compresseurs, pompes ou analogues.
Il est caractérisé par la combinaison d'un piston portant deux palettes, tournant dans un cylindre formé de deux segments semblables et intercepté par deux coins qui constituent les fonds de ce cylindre. Celui-ci est fermé en chaque bout par un couvercle.
La surface d'une face des palettes multipliée par la course de celles-ci détermine une cylindrée.
Il s'en suit que les quatre faces de palettes engen- drent quatre cylindrées dont deux s'emplissent pendant que les deux autres opposées se vident, le piston ayant un mou- vement rotatif-alternatif.
La planche du dessin ci-jointe représente, mais à titre d'exemple seulement, l'application de l'invention à un moteur à combustion interne comprenant un unique cylin-
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dre et un piston à double palette dont les quatre faces remplissent le rôle de quatrepistons. Il en résulte que pour une seule course des palettes.les quatre temps succes- sifs d'un cycle se réalisent sur les quatre faces et, un moment moteur se produisant à chaque course, cet unique cylindre donnera une puissance équivalente à quatre cylin- dres d'un moteur à quatre temps dont chacun des p is tons en- gendrerait une cylindrée semblable à celle d'une face des palettes.
La prédétermination de puissance d'un moteur étant dépendante du volume des cylindrées, celui-ci peut être augmenté en n'entraînant toutefois qu'un faible surplus de dimensions et de poids de l'appareil.
L'exemple choisi pour la planche du dessin représen- te au 1/5e un moteur de 20 HP environ, l'espace entre le piston et le cylindre n'étant que de 17 m/m, la longueur 165 m/m et la course 125 m/m, soit une cylindrée de 350 cm3 par face; la vitesse du vilebrequin est de 1800 t/m.
En maintenant le piston au même diamètre, la lon- gueur étant portée à 300 m/m, l'espace ayant 40 m/m et la course étant de 150 m/m, on obtient une cylindrée cinq fois plus grande et, pour une vitesse linéaire identique, une puissance de 100 HP, en n'augmentant que faiblement l'encombrement et le poids
Il en sera de même pour des puissances beaucoup supérieures.
La puissance massique d'un tel moteur est, par voie de conséquence, très faible en considérant que la consom- mation de carburant et d'huile reste celle admise prati- quement et la coût de l'appareil sera très réduit.
La figure 1 représente une vue en coupe transversale par l'axe du cylindre.
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La figure 2 est une vue en coupe longitudinale à' travers le moteur, la partie inférieure du cylindre étant coupée par l'axe d'une palette et la partie supérieure par l'xe d'un coin.
I:- Dans la forme de réalisation de ces deux figu- res, l'appareil comprend deux segments de cylindre a avec canal de circulation d'eau, portant deux boîtes à suupape d'aspiration b et deux boîtes à soupape d'échappement b pour chacune des faces de palettes.
Le nombre de ces soupapes est doublé à chaque face pour une meilleure répartition des gaz sur la longueur du piston- Ce nombre peut être modifié à volonté suivant les dimensions du cylindre. Chaque boîte comporte une tubu- lure débouchant dans un tuyau collecteur C. Une boîte sup- plémentaire avec soupape automatique peut être prévue pour le balayage des gaz brûlés.
II.- Deux coins identiques d assemblés aux segments a, portent chacun deux bouteilles e, soit une par cylin- drée de chaque face de palette, en communication avec ces cylindrées par une large lumière. Ces bouteilles .e re- goivent un piston e2 avec cercles d'étanchéité et pourvu d'une tige filetée e3 qui passe dans une bague-écrou pour être manoeuvrée par un volant e4. Ces volants peuvent être remplacés par un dispositifs mécanique quelconque, même automatique.
Le volume de cet espace mort varie suivant la posi- tion que l'on donne au piston.
Les variations de compression dans les bouteilles ont pour but : a) d'atteindre, au niveau du sol, une pression qui permette l'utilisation de carburant détonant, les pis- tons occupant la position extrême haute dans les bouteil- les ; b) de la porter à une pression plus élevée pour l'em- ploi d'essence antidétonante (aviation)'soit aussi pour
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suppléer progressivement à la chute de compression due à la dépression atmosphérique jusqu'à certaines altitu- des, les pistons descendent pour occuper la position ex- trême basse; c) en réduisant à leursjustes valeurs les es- paces nuisibles à fond de course des palettes, de permettre de passer de 15 à 25 Kgs de compression volumétrique pour les moteurs à gasoil (Diesel).
Pour assurer l'étanchéité entre ces coins d et la surface externe du piston, des réglettes e5 à épaulèrent et extensibles longitudinalement sont logées dans des rai- nures et soumises à l'action de ressorts en lame ondulée qui les appliquent sur cette surface. Des bossages e6 pour graissage de ces réglettes et e7 pour les entrée. et sortie d'eau sont prévus sur ces coins de même que des lumières e8 d'intercommunication d'eau avec les segments a du cy- lindre.
III. - Un piston cylindrique creux f, à renflement interne, se prolongeant par des arbres creux qui s'appuient sur des paliers à billes f2 logés dans les couvercles du cylinsre. Ces arbres aboutissent à des boîtes fixes à bourrage f3 qui donnent entrée et sortie à l'eau de réfri-' gération du piston.
Pour l'usinage plus aisé, ce piston est dégarni de ses palettes f4 qui viennent, après parachèvement, se loger dans des rainures fraisées en queue d'hironde. Elles y sont maintenues au moyen de cales coniques et soudées en- suite à l'arc électrique. Ces palettes portent des réglet- tes f5 à épaulement qui, pour assurer l'étanchéité, sont poussées par de faibles ressorts en lame ondulée cb nt l'ac- tion se justifie seulement aux points morts de course des palettes et qui, ensuite sont projetées sur la paroi in- terne du cylindre sous l'effet de la force centrifuge.
De
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petites réglettes f6 ajustées à demi épaisseur avec les réglettes longitudinales f auxquelles elles sont perpen- diculaires, sont poussées par de petits ressorts à boudin qui les appliquent sur les réglettes f5 et sur les cou- vercles du cylindre, ce qui assure l'étanchéité latérale- Ces réglettes f5 peuvent être faites de deux pièces avec joint au milieu et se terminer par des bouts en équerre poussés par des ressorts.
IV.- Deux couvercles G plats ou à emboîtement mâle fermant le cylindre. Ils sont munis d'anneaux étanches G2 qui sont soumis à l'action de petits ressorts à boudin et s'appliquent sur les flancs du piston. Ils sont immobili- sés dans le mouvement rotatoire que leur imprimerait le frottement du piston par quelques petites broches cylindri- ques serties entre cuir et chair mais qui laissent les an- neaux libres dans leur poussée. Les couvercles sont en communication d'eau avec le cylindre par des canaux venus de fusion et situés en face des coins.
Ils portent chacun deux bossages G3 dans l'axe hori- zontal, percés d'un canal qui aboutit à une gorge creusée entre deux anneaux d'étanchéité. L'huile de graissage sous pression lubrifie ces anneaux et entre dans les évidements pratiqués dans les palettes par des conduits ad hoc et d'où @ elle sort par des canaux forés entre les réglettes pour lu- brifier ce lles-ci.
Quatre autres bossages sont disposés sur c es cou- vercles pour recevoir les bou@ies en cas d'emploi d'essence ou les injecteurs pour le mazout. L'allumage ou les in- jections se feront simultanément et isochroniquement aux deux extrémités de l'espace libre de façon à obtenir une parfaite spontanéité d'inflammation du fluide carburant ou un mélange homogène du gazoil.
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V. - A titre exemplaire, un bout de l'arbre creux du piston reçoit une manivelle h simple ou double (comme fi- gurée au plan). La première hypothèse est plus simple mais elle conduit à prévoir des contre-poids sur les bras du coudé j pour équilibrer la bielle h2. La seconde dis- position équilibre,les bielles entre elles:
On remarquera qu'une seule bielle suffisant, il y a économie de trois bielles pour le cas où l'on envisagerait les quatre pistons qui tiendraient lieu des quatrefaces des palettes.
Tout moyen mécanique connu, autre que les bielles figurées au plan, peut être appliqué pour trans- mettre le mouvaient rotatif alternatif des palettes à un mouvement rotatif continu de l'arbre récepteur j, tels qu'engrenages à dentelure extérieure et intérieure en demi cercles, coulisseaux, etc., mais le dispositif figurépa- -le plus logique. Par l'entremise des bielleh2, le vilebrequin j reçoit son mouvement rotatif et chaque demi tour de celui-ci correspond à une course des palette s.
Ce vilebrequin est appuyé sur roulements billes k et se prolonge pour recevoir la commande des accessoires; magné- to, pompes à eau, à huile ou d'injection, compresseur d'air de mise en marche et de balayage, ventilateur, par un bout et par l'autre pour adapter éventuellement volant, poulie etc.
Il tourne dans un carter 1 à bain d'huile, ce cartes formant bâti.
Ce vilebrequin actionne au moyen d'engrenages droits et côniques les arbres de commande m tournant sur roulements à billes m2 et les arbres n puis les arbres à cames o qui provoquent les mouvements de levée des soupapes par des leviers basculeurs p.
Cette disposition figurée au plan est à titre d'exem- ple et peut être conçue en plaçant les soupapes sur le
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couvercle en lieux et places des bougies.
Le cylindre, les couvercles et le piston, comme. figuré au plan, sont refroidis par une active circulation d'eau ; ils peuvent l'être par l'air au moyen d'ailettes et d'une forte ventilation.
VI. - Le fonctionnement de ce moteur est le suivant : Les palettes dont les faces sont numérotées I, II, III, IV fig. 3 font, comme dit plus haut, autant de courses que le vilebrequin fait de demi-tours.
Si nous désignons par les lettres a = aspiration, c = compression, d = détente, e = échappement et que nous adoptons l'ordre suivant du cycle des faces de palettes, nous aurons :
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Temps Faces Temps i IV III II 1er a e d c "1 Pour 2 tours 2e c a e d de vilebrequin 3e d c Il a e 4e e d c a
On se rend compte par l'examen de ce tableau qu'à chaque temps ou course de palettes correspond une détente ou phase motrice, c'est-à-dire que la face I fait sa dé- tente au 3me temps, la face IV au 4e temps, la face III au 1er temps et la face .Il au 2e temps. Il en est de même des autres phases du cycle, d'où quadruple-effet.
Il y a lieu de remarquer que pour augmenter la com- pression qui est fonction de la cylindrée et des espaces niorts, on peut augmenter le rayon du vilebrequin pour ac- croître la course de la manivelle et par conséquent celle
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des palettes, ce qui pourrait se faire d'un moteur à essence légère pour réaliser un moteur à gazoil (Diesel) ou defixer des plaques sur les faces inclinées des coins, pour réduire lesespaces nuisibles. Ce sont des correctifs qui. n'ont leur application qu'à des moteurs existants:mais s'il s'agit d'un moteur neuf, on tient compte des grandeurs des espaces morts qu'exige une compression déterminée a priori, de même que les bouteilles à compression variable peuvent ne pas être envisagées pour un moteur à puissance fixe.
Il est bien entendu que les formes de réalisation décrites et représentées n'ont été données qu'à titre d'exem- ple et que l'appareil suivant l'invention est susceptible de recevoir un grand nombre d'applications autres que comme moteurs à combustion interne, par ex : commecompresseur, pompe à vide, machine à vapeur ou à gaz quelconque.
REVENDICATIONS
Un appareil piston rotatif-alternatif à quadruple effet caractérisé par un cylindre composé des éléments sui- vants : deux segments de cylindre forment le cylindre même; deux coins portant chacun deux chambres à volume variable constituent les fonds du cylindre;' deux couvercles ferment le cylindre proprement dit ;
un piston cylindrique portant deux palettes diamétralement opposées' et dont la diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur du cylindre dans lequel il es t ani@é d'un mouvement alternatif de ro ta- tion, laisse entre les deux éléments cylindriques, un espace qui détermine les cylindrées.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvement in internal combustion engines, pressurized steam or gas machines, compressors, pumps or the like with rotary-reciprocating piston with quadruple effect.
The present invention relates to a rotary piston apparatus suitable for numerous applications such as engines, compressors, pumps or the like.
It is characterized by the combination of a piston carrying two vanes, rotating in a cylinder formed of two similar segments and intercepted by two wedges which constitute the bottoms of this cylinder. This is closed at each end by a cover.
The area of a face of the pallets multiplied by the stroke thereof determines a displacement.
It follows that the four sides of the vanes generate four displacements, two of which are filled while the other two opposing ones empty, the piston having a rotary-reciprocating movement.
The attached drawing board represents, but by way of example only, the application of the invention to an internal combustion engine comprising a single cylinder.
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dre and a double-vane piston whose four faces fulfill the role of fourpistons. It follows that for a single stroke of the paddles, the four successive strokes of a cycle are produced on the four faces and, with an engine moment occurring at each stroke, this single cylinder will give a power equivalent to four cylinders. a four-stroke engine, each of the p isons of which would generate a displacement similar to that of one side of the paddles.
The predetermination of the power of an engine being dependent on the volume of the displacements, the latter can be increased while causing only a small surplus of dimensions and weight of the apparatus.
The example chosen for the plate of the drawing represents at 1 / 5th an engine of approximately 20 HP, the space between the piston and the cylinder being only 17 m / m, the length 165 m / m and the stroke 125 m / m, i.e. a displacement of 350 cm3 per side; the crankshaft speed is 1800 rpm.
By keeping the piston at the same diameter, the length being increased to 300 m / m, the space having 40 m / m and the stroke being 150 m / m, we obtain a displacement five times greater and, for a identical linear speed, a power of 100 HP, while increasing only slightly the size and the weight
It will be the same for much higher powers.
The specific power of such an engine is, consequently, very low considering that the fuel and oil consumption remains that practically admitted and the cost of the apparatus will be very low.
FIG. 1 represents a view in transverse section through the axis of the cylinder.
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Figure 2 is a longitudinal sectional view through the engine, the lower part of the cylinder being cut by the axis of a pallet and the upper part by the axis of a wedge.
I: - In the embodiment of these two figures, the apparatus comprises two cylinder segments a with water circulation channel, carrying two suction valve boxes b and two exhaust valve boxes b for each of the pallet faces.
The number of these valves is doubled on each face for a better distribution of gases over the length of the piston. This number can be modified at will according to the dimensions of the cylinder. Each box has a pipe opening into a collector pipe C. An additional box with an automatic valve can be provided for purging the burnt gases.
II.- Two identical corners d assembled with segments a, each carry two bottles e, that is to say one per cylinder of each face of the pallet, in communication with these displacements by a large opening. These bottles .e represent a piston e2 with sealing rings and provided with a threaded rod e3 which passes through a ring-nut to be operated by a flywheel e4. These flywheels can be replaced by any mechanical device, even automatic.
The volume of this dead space varies according to the position given to the piston.
The aim of the variations in compression in the cylinders is: a) to reach, at ground level, a pressure which allows the use of explosive fuel, the pistons occupying the extreme high position in the cylinders; b) to bring it to a higher pressure for the use of anti-knock gasoline (aviation) 'or also for
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progressively make up for the drop in compression due to atmospheric depression up to certain altitudes, the pistons descend to occupy the extreme low position; c) by reducing the harmful spaces at the end of the paddle stroke to their correct values, to allow a reduction from 15 to 25 Kgs of volumetric compression for diesel engines.
To ensure the seal between these wedges d and the outer surface of the piston, longitudinally extendable shoulder strips e5 are housed in grooves and subjected to the action of corrugated leaf springs which apply them to this surface. Bosses e6 for lubricating these strips and e7 for the inputs. and water outlet are provided on these corners as are lights e8 for water intercommunication with the segments a of the cylinder.
III. - A hollow cylindrical piston f, with internal bulge, extending by hollow shafts which rest on ball bearings f2 housed in the cylinder covers. These shafts end in fixed boxes with f3 stuffing which give in and out to the cooling water of the piston.
For easier machining, this piston is stripped of its f4 pallets which, after completion, are housed in grooves milled in a round tail. They are held there by means of conical wedges and then welded to the electric arc. These pallets carry f5 shouldered rulers which, to ensure tightness, are pushed by weak corrugated leaf springs cb nt the action is justified only at the dead centers of the pallets and which, then are thrown. on the inner wall of the cylinder under the effect of centrifugal force.
Of
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small rulers f6 adjusted to half thickness with the longitudinal rulers f to which they are perpendicular, are pushed by small coil springs which apply them to the rulers f5 and to the cylinder covers, which ensures lateral sealing - These f5 strips can be made of two pieces with a joint in the middle and end with angled ends pushed by springs.
IV.- Two flat or male interlocking covers G closing the cylinder. They are fitted with G2 sealed rings which are subjected to the action of small coil springs and are applied to the sides of the piston. They are immobilized in the rotational movement which the friction of the piston would print on them by a few small cylindrical pins crimped between leather and flesh but which leave the rings free in their thrust. The lids are in water communication with the cylinder by channels coming from fusion and located opposite the corners.
They each carry two bosses G3 in the horizontal axis, pierced with a channel which ends in a groove hollowed out between two sealing rings. The lubricating oil under pressure lubricates these rings and enters the recesses made in the vanes by ad hoc conduits and from which it exits through channels drilled between the strips to lubricate them.
Four other bosses are placed on these covers to receive the plugs when gasoline is used or the injectors for fuel oil. The ignition or the injections will take place simultaneously and isochronically at the two ends of the free space so as to obtain perfect spontaneity of ignition of the fuel fluid or a homogeneous mixture of the diesel fuel.
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V. - As an example, one end of the hollow piston shaft receives a single or double crank h (as shown in the plan). The first hypothesis is simpler but it leads to providing counterweights on the arms of the elbow j to balance the connecting rod h2. The second arrangement balances the connecting rods between them:
It will be noted that only one rod is sufficient, there is an economy of three rods for the case where one considers the four pistons which would take the place of the four faces of the vanes.
Any known mechanical means, other than the connecting rods shown in the plan, can be applied to transmit the reciprocating rotary motion of the paddles to a continuous rotary motion of the receiving shaft j, such as gears with outer and inner serration in semi-circles. , slides, etc., but the figurative device is more logical. By means of the connecting rods, the crankshaft j receives its rotary movement and each half turn of the latter corresponds to a stroke of the pallets s.
This crankshaft is supported on ball bearings k and extends to receive the order for accessories; magnet, water, oil or injection pumps, starting and purging air compressor, fan, from one end and the other to adapt the flywheel, pulley, etc.
It turns in an oil bath 1 sump, this card forming a frame.
This crankshaft operates by means of spur and conical gears the control shafts m rotating on ball bearings m2 and the shafts n then the camshafts o which cause the lifting movements of the valves by rocking levers p.
This arrangement shown in the plan is by way of example and can be designed by placing the valves on the
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cover in places and places of candles.
The cylinder, the covers and the piston, like. shown on the plan, are cooled by active water circulation; they can be done through the air by means of fins and strong ventilation.
VI. - The operation of this motor is as follows: The vanes whose faces are numbered I, II, III, IV fig. 3 make, as said above, as many strokes as the crankshaft makes U-turns.
If we denote by the letters a = suction, c = compression, d = expansion, e = exhaust and we adopt the following order of the cycle of the pallet faces, we will have:
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Time Faces Time i IV III II 1st a e d c "1 For 2 turns 2nd crankshaft c a e d 3rd d c Il a e 4th d c a
We can see by examining this table that each stroke or paddle stroke corresponds to a trigger or motor phase, that is to say that face I relaxes at the 3rd stroke, face IV on the 4th beat, side III on the 1st beat and side .Il on the 2nd beat. It is the same for the other phases of the cycle, hence the quadruple-effect.
It should be noted that in order to increase the compression which is a function of the displacement and the increased spaces, the radius of the crankshaft can be increased to increase the stroke of the crank and consequently that of the crankshaft.
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pallets, which could be done with a light gasoline engine to make a diesel engine (Diesel) or to fix plates on the inclined faces of the corners, to reduce the harmful spaces. These are fixes that. have their application only to existing engines: but if it is a new engine, account is taken of the size of the dead spaces required by a compression determined a priori, as well as variable compression cylinders may not be considered for a fixed power motor.
It is understood that the embodiments described and shown have been given only by way of example and that the apparatus according to the invention is capable of receiving a large number of applications other than as gasoline engines. internal combustion, e.g. as a compressor, vacuum pump, steam or gas engine.
CLAIMS
A four-acting rotary-reciprocating piston apparatus characterized by a cylinder composed of the following elements: two cylinder segments form the cylinder itself; two corners each carrying two variable-volume chambers constitute the bottoms of the cylinder; ' two lids close the cylinder itself;
a cylindrical piston carrying two diametrically opposed vanes' and the outside diameter of which is smaller than the inside diameter of the cylinder in which it is moved by a reciprocating movement of rotation, leaves between the two cylindrical elements, a space which determines the displacement.
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