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Moteur à explosions
Les moteurs à explosions connus sont généralement des moteurs à cylindres, dans lesquels la force motrice produite par l'explosion agit sur un piston animé d'un mouvement alternatif rectiligne at qui agit, au moyen d'une bielle sur un arbre vilebrequin. Le but de la présente invention consiste à appliquer la théorie de la turbine aux moteurs à explosions.
De cette manière, en dehors d'autres avantages les avantages du moteur à explosions du type précité se trou- vent réunis à ceux de la turbine.
Comme la partie mobile du turbo-moteur tourne direc- tement sur son axe, on supprime la perte d'énergie ainsi que le poids inutile qui existent dans les transmissions indirectes de mouvement : (arbre vilebrequin, bielles, sou- papes, arbre à cames, etc..). Par ailleurs les explosions ayant toujours lieu dans la même direction circulaire sans changements de sens il n'existe pas de points morts et le
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moteur tend à s'accélérer de lui-même. un autre avantage. résultant de ce qui précède, est que le sens unique et circulaire de tous les mouvements rend facile l'utilisa- tion de roulements à billes ou analogues, ce qui diminue les frottements et augmente l'efficacité et la douceur du moteur :
Un autre avantage du moteur suivant l'inven- tion est qu'en utilisant comme chambre d'explosions la périphérie du carter circulaire ,la pression exercée sur l'arbre moteur diminue grâce à la longueur du rayon con- sidéré comme levier . Dans les arbres vilebrequins usuels la longueur du rayon sur lequel agit le piston, ne dépasse jamais six ou sept centimètres, tandis que dans les moto teurs suivant l'invention, par exemple, d'un diamètre de un mètre , donc d'un encombrement inférieur à celui des moteurs à explosion actuellement employés, particulièrement en aviation , le bras de levier est de cinquante centimè- tres .
on obtient ainsi une plus forte accélération du moteur et un plus grand nombre de tours, et, en conséquence un plus grand nombre d'explosions dans une même unité de temps ,Un autre avantage de ce moteur est que pour obtenir un indice de combustion élevé des gaz par l'emploi du mou- vement circulaire du piston on dispose de la course sur le pourtour de la turbine et non simplement de la hauteur du cylindre dans les moteurs à pistons à mouvement rectiligne alternatif .
Du fait de l'absence de temps morts dans le fonctionnement en mouvement circulaire l'aspiration, la compression, la détente et l'échappement des gaz a lieu de manière continue Comme les deux pistons agissent réciproquement comme moteur et compresseur ,le nombre d'explosions dans un seul cylindre croît en proportion géométrique avec le nombre de groupes de pistons de la tur- bine ; on..obtient Ainsi dons un moteur d'un mètre de diamè- tre Avec huit bougies jusqu'à 64 explosions par tour du moteur 4 On peut certifier d'après les essais de laboratoi-
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re effectués et des calcula subséquents qu'on peut obte- nir pour un. moteur d'un mètre de diamètre,et de poids réduit une puissance théorique de trente mille chevaux .
Suivait l'invention on 9 également la possibilité de disposer plusieurs turbo-moteurs sur le même arbre ou de les accoupler en série, comme on l'expliquera plus loin.,
Les moteurs suivant l'invention permettent aussi une meilleure utilisation de l'huile lourde, parce que la course du piston est circulaire et sans points morts et que par suite la vitesse du piston peut être augmentée sans avoir à enregistrer les inconvénients présentés par dans les pistons montés/des cylindres individuels où. par suite du changement de sens la vitesse du piston diminue progres- sivement jusqu'à devenir nulle .En outre, on peut régler à volonté la vitesse des pistons compresseurs par rapport à celle des pistons moteurs dans les rapports :
trois à un,, quatre à un, dinq à un, etc... Plus la vitesse du compres- ' seur est rapide, plus les pertes de compression seront ré- duites et plus la déflagration et l'explosion de l'huile lourde seront parfaites .Bien entendu cet avantage n'a lieu,' que pour chaque deuxième explosion somme on le verra plus ' au loin.L'autre explosion correspondant piston non accéléré, peut servir au temps de travail ordinaire, mais on peut aus- si la laisser de coté et la remplacer par un point mort avec entrée simultanée d'air froid pour refroidir le moteur ,
Pour compenser dans le premier cas la différence d'énergie dés explosions on peut employer un volant compensateur. aux dessins annexés sont représentés de manière sché- matique quelques modes de réalisation suivant la présente invention.
La fig, 1 est une coupe diamétrale- suivant la ligne 1-1 de la fig.2 dtun moteur selon l'invention ; la fig.2 en-est une coupe perpendiculaire à l'axe sui- vant la ligne 2-2 de la fig.1 ;
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les figs.3,4,5 sont des vues de détail des pistons ; la fig. 6 représente de face le moteur et le mécanisme de distribution ; la fig.7 est une vue partielle de face de ce mécanis- me ; la fig.8 est une coupe partielle montrant l'une des chambres de compression ménagées entre les pistons ; les figs.9,10,11,12 songes schémas montrant les positions des pistons à plusieurs instants d'un cycle ; les figs.13,14 sont des schémas analogues d'une va- riante ;
la fig.15 représente le mécanisme de distribution correspondant ; les figa.16a et 16b représentent une variante de ce mécanisme ; la fig.17 est un schéma d'une autre variante de mo- teur ; la fig.18 représente le mécanisme de distribution correspondant ; la. fig.19 est une coupe longitudinale d'une autre variante de moteur ; la fig.20 représente l'un des pistons de ce moteur; la fig.21 est une coupe transversale d'un autre mo- teur à deux étages concentriques ; la fig.22 est une coupe radiale partielle du moteur représentée à la fig.21 .
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux figa.l et 2 le moteur comporte une enveloppe cylindrique ± pourvue d'ailettes de refroidissement B (fig.l) ou d'une chemise de refroidissement .L'enveloppe cylindrique A est fermée par un couvercle C fixé par des via D, (fig.2). A l'intérieur de l'enveloppe cylindrique sont montés deux volants ou ro- tors juxtaposés E et F fixés sur deux arbres concentriques G et H .
Ces volants portent sur leur pourtour et diamétrale-
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ment opposés deux pistons à palettes de section carrée I et J, d'épaisseur double du volant ,Les pistons I sont reliés rdialement au volant E et les pistons J de même au volant F . Les pistons forment avec l'enveloppe cylin- drique A et le couvercle C des chambres de section trans- versale carrée, rectangulaire ou circulaire et de section longitudinale circulaire, hermétiquement fermées par des bagues K ( fig.2) vers le milieu de l'enveloppe .
Le montage de l'arbre H sur l'arbre G, celui de l'arbre H sur l'enveloppe A et celui de l'arbre G sur le couvercle C sont réalisés par des roulements à billes L (fig.2).
L'arbre G, relié au rotor F, est l'arbre moteur com- presseur il sera appelé ci-après "arbre moteur" .11 est relié au moyen du rotor F aux pistons J fixés par boulons et écrous . ( fig.l) .
L'arbre H relié'au rotor E est l'arbre compresseur moteur qui sera appelé ci-après "arbre compresseur". Il est relié aux pistons I de la. même façon. Le dispositif d'étanchéité entre les pistons et les parois de l'enveloppe est représenté aux figs. 3,4 et 5 . Il existe à l'intérieur de chaque piston, un ressort en spirale (figs.4 et 5) qui agit sur des blocs rhomboidaux b qui forment un carré de la grandeur de la section transversale du piston . Ces blocs sont protégés par un couvercle 0 ( figs. 3,4 et 5) fixé par quatre vis d au piston intérieur J .
Des échancrures dans les blocs permettent leur déplacement latéral sous la pression du ressort-spirale .Pour éviter que l'écarterment des blocs ne produise des fuites des gaz sous pression, il est prévu dans quatre encoches f quatre tiges h s'appuyant sur quatre ressorts i (fig.4) . Pour ces tiges on peut utiliser également des ressorts'en spirale . Ce dispositif d'étanchéi- té présente l'avantage d'offrir une plus grande facilité pour le montage et le démontage , sans que les blocs puissent
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tomber. En vue de diminuer leur poids les pistons inté- rieurs J et I sont creux.
Dans le couvercle C de l'enveloppe (fig.6) il y a deux ouvertures M et M' : l'une M pour l'aspiration des gaz de combustion et l'autre M' pour l'expulsion des gaz brûlés En outre du côté opposé du couvercle sont disposées des bou- gies usuelles 0 (fige 2 et 6).
Dans ce turbo-moteur, les chambres d'explosion peuvent être construites de plusieurs façons, pour qu'elles soient le plus appropriées à la turbulence. Une de ces chambres est représentée à la fig.8, sur laquelle la référence 0 in- dique la bougie, et la référence X la chambre. Comme, dans ce moteur, les pistons compresseurs I,J compriment le mé- lange à grande vitesse, et comme la bissectrice de la cham- bre laquelle forme un triangle isocèle se présente dans la direction du diamètre du turbo-moteur que les parois latéra- les de la chambre sont incurvées et que la section transver- sale de la chambre va en se réduisant vers l'arbre le choc du mélange sur les parois provoque un mouvement de rotation et de tourbillons des gaz qui facilite la combustion.
Dans la course circulaire des pistons, le cyole com- plet des pistons I et J (fig.l) se compose de deux temps.
La course de 3600 se poursuit sans changements de direction ni points morts, expulsant les gaz brûlés au premier temps et aspirant et comprimant au second temps; les pistons moteurs et compresseurs servant alternativement à commander l'arbre moteur. Dans la course de 360 chaque piston exerce une fonction déterminée dans chacune de ses deux moi- tiés de 180 .
Le fonctionnement du moteur décrit dans le présent exemple a lieu de la façon suivante:
Le piston J de l'arbre moteur commence sa course à zéro, et dans la première moitié de la circonférence, les gaz de la combustion précédente sont expulaés;à 180' il ferme l'ouverture d'échappement M' et ouvre celle de l'admission M.
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les gaz brûlés étant aspirés du côté extérieur du couvercle C et les gaz aspirés étant comprimés jusque la fin de la course sur le coté intérieur du couvercle.
Le piston com- presseur I relié à son rotor E et à son arbre H ne commence sa course que lorsque le piston moteur J est arrivé aux trois quarts ou à un autre point déterminé de sa course.Mais il le suit à une vitesse quatre fois supérieure, ou à une autre vitesse appropriée, en exerçant la même fonction c'est- à-dire d'expulser les gaz brûlés jusqu'à 180 puis de fermer l'ouverture d'échappement et d'ouvrir celle d'admission, en continuant jusqu'à la limite des 360 en aspirant par une face et en comprimant par l'autre, de sorte que, à la fin de la course du piston (360 ) les deux pistons coïncident sans arriver à se toucher. Ces deux résultats sont obtenus par un dispositif que l'on décrira ci-après.
Les gaz aspirés par le piston moteur J et comprimés par le piston compresseur I, ou inversement aspirés par le piston compresseur et comprimés par le pisten moteur, sont allumés alternativement par les bougies usuelles 0. Comme le piston compresseur est relié à une roue à rochet P et un aliquet Q (fig.6) il est, lorsqu'il doit agir comme com- presseur, immobilisé par ce dernier tandis que le piston moteur poursuit sa course, Alternativement, à l'explosion suivante le compresseur restera devant le pister moteur et, lorsque se produira l'explosion, le piston moteur afin de ne pas subir de perte d'énergie, reste sous la dépendance de L'arbre moteur grce à une roue à rochet (qui n'est pas indiquée aux dessins, car il s'agit:
d'un élément de machine normal empêchant le retour d'un arbre).
Le compresseur, entraîné par la force d'explosion, agit sur l'arbre moteur, au moyen de sa propre commande d'en. grenage ce qui le transforme en piston moteur. Les quatre alternatives ont lieu pendant un tour complet et déterminent quatre positions de mouvement (fige 9 à 12). J et J' dési-
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gnent les pistons moteurs diamétralement opposés, I et I' les pistons compresseurs diamétralement opposés, 0 et 0' les bougies usuelles.
Le réglage de la course des pistons a lieu de façon suivante: Sur l'arbre moteur G est montée une roue dentée R (fig.6) qui engrène avec une autre roue R' de diamètre moitié ou de tout autre diamètre approprié. Grâce à ces roues montées sur des arbres parallèles, on obtient une vitesse double ou tout autre rapport de vitesse approprié.
La roue aientëe R' fait corps avec une roue de distribution de forme spéciale S (fig.7) actionnant une roue T qui est montée sur l'arbre compresseur H.
Lorsque le piston du moteur commence sa course, son arbre ne met en mouvement l'arbre du compresseur au moyen des roues dentées R et R' et de la roue S que lorsqu'il est arrivé aux trois quarts de sa course ou à un autre endroit approprié. Marbre compresseur est alors mis en mouvement à une vitesse quadruple, ou à une autre vitesse déterminée.
Le piston compresseur exerce sa fonction par la double action de la roue de l'arbre distributeur, mais aussi et au même moment par l'explosion. En conséquence, une carac- téristique essentielle de l'invention réside dans le fait que le démarrage du piston-compresseur entraîné par l'arbre moteur, et l'explosion qui le met en mouvement, sont simultanées.
Pour obtenir ce résultat, il suffit que la longueur oiroonférentielle des pistons moteur et compresseur soit égale à l'arc de cercle, qui reste à parcourir au piston moteur, lorsqu'il commence l'entraînement du compresseur au moyen de l'organe de distribution, et que l'écartement entre les bougies soit égal à la moitié de la longueur précédente, c'est-à-dire à l'épaisseur circonférentielle d'un piston.
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Le moteur ainsi décrit, est un moteur à deux bou- gies, mais il peut être également construit avec quatre bougies O,O', (figs.13 et 14) avec quatre pistons moteurs et quatre pistons compresseurs disposés en croix.
Dans ce cas, il faut prévoir deux ouvertures d'entrées et deux sorties des gaz à 1800 et remplacer l'organe de distribution décrit par celui représenté à la fig.15 où la roue T porte quatre blocs radiaux au lieu de deux blocs diamétraux ( fig.15) .
En ce qui concerne la distribution dans cette varian- te dans laquelle les temps d'arrêt du compresseur et oeux subséquents du mouvement rapide doivent être doubles de ceux du cas précédent, l'espace on denté est calculé de façon que les saillies U trouvent appui sur tout le cercle non denté . De cette manière le mouvement de la pièce T est bloqué jusqu'à ce que la roue de distribution S en suivant s course et qui marche quatre fois plus vite, ou à une autre vitesse appropriée. communique en temps voulu au moyen des saillies U qui s'engagent dans la saillie V, son mouvement rapide au mécanisme d'entraînement .
Une autre forme du mécanisme de distribution pour un moteur à quatre bougies est celui décrit à la fig.16a- 16b .Le disque T de l'arbre-moteur G porte une saillie U qui met en mouvement la roue en S pénétrant dans les quatre rainures V. Lorsque l'arbre du moteur a parcouru les trois quarts de sa course, la saillie U s'engage dans la rainure V et entraîne dans sa course la roue S de sorte que pour chaque fois quatre tours du disque T, il s'en produit un seul de la roue S.
Une conséquence du fonctionnement alternatif des pis- tons comme moteurs et compresseurs est que les explosions qui sont obtenues pour un tour du moteur passent de quatre à seize . Dans ce cas, le refoulement, l'aspiration et la
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compression ont lieu exactement comme dans le cas précé- dent, saufque la course totale des pistons est réduite à 180 et que les explosions des quatre bougies se pro- duisent simultanément deux par deux .
Le nombre de pistons peut être augmenté à volonté.
Toutefois dans les moteurs à grand diamètre il faut no- ter que la course des pistons sera limitée pour une fonc- tionnement irréprochable de l'aspiration et de la compres- sion et que le nombre d'explosions obtenu dans un cycle complet du moteur, augmente en proportion géométrique .
Ainsi, par exemple, dans un moteur d'un mètre de diamètre à huit groupes d'aubes on obtient-64 explosions corres- pondant à une course de 90 chacune , La fig.18 est une reproduction schématique de la distribution de ce moteur, et la fig.17 est une reproduction schématique du moteur. l'un
Comme déjà dit/des avantages du moteur suivant l'in- vention est la faculté de pouvoir monter un nombre quel- conque de ces moteurs, en série sur des arbres concentri- ques ou parallèles . La fig.19 représente une forme de montage du moteur en série sur arbres parallèles.
G et H sont les arbres moteur et compresseur, communs à tous les moteurs, J et I sont les pistons ,cylindriques dans ce cas, reliés par les rotors F et E respectivement à l'arbre moteur et compresseur .La liaison avec l'arbre moteur a lieu au moyen d'une clavette Y .Le rotor compresseur est d'une seule pièce avec son arbre, ce qui simplifie consi- dérablement le montage du moteur . La fig.20 est une coupe du piston de forme cylindrique qui ne comporte pas d'autre variante que la fermeture hermétique du piston obtenue au moyen de segments ordinaires .
La fig.21 représente en coupe le montage concentrique de plusieurs,moteurs . La gig.22 est une coupe radiale cor- respondante.Dans ce cas, les pistons du moteur intérieur sont fixés sur les parois extérieures du moteur et on ob-
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tient la simultanéité des explosions du fait que les pistons intérieurs et extérieurs sont accouplés et que les ouvertures d'admission des gaz et les bougies sont montées.sur les parois extérieures immobiles.
REVENDICATIONS.
1 .- Turbo-moteur à explosions, composé d'une envelop- pe cylindrique avec couvercle dont la partie extérieure comporte une chambre de section carrée, rectangulaire ou circulaire comme voie de circulation des pistons, des orifi- ces rapprochés pour l'entrée et la sortie des gaz et des bougies presque diamétralement opposées, caractérisé en ce que à l'intérieur de l'enveloppe sont montés deux rotors concentriques juxtaposés, reliés respectivement -,)par une disposition concentrique à l'arbre compresseur et à l'arbre moteur et comportant des roues à lochet pour permettre la coursa désirée et éviter la marche en retour, les rotors portant sur leur pourtour des pistons disposés perpendicu- lairement,
ayant environ une épaisseur double des rotors et même section que la chambre dans laquelle ils se dépla- cent.