<Desc/Clms Page number 1>
,La présente invention se rapporte à un moteurà combus- tion interne dans lequel la chaleur-soutirée des gaz de com- bustion est transmise, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur disposé dans la chambre de combustion et de travail, à la charge d'air comprimé; l'invention vise à rendre aussi petit que possible l'espace nuisible de la chambre de com- bustion et de travail pour diminuer autant que possible les pertes déterminées par l'espace nuisible considéré.
Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que la transmission de la chaleur des gaz de combus- tion à la charge d'air comprimé a lieu en deux phases. Un ré- générateur disposé dans le cylindre d'expansion ne sert à transmettre à l'air comprimé que la partie de la chaleur situés dans-la zone des températures élevées, tandis que la partie de la chaleur qui se trouve dans la zone des tempéra- tures peu élevées est absorbée par l'air comprimé, avant son
<Desc/Clms Page number 2>
entrée dans le cylindre, dans un échangeur de chaleur dis- posé en dehors du cylindre précité. La compression a lieu dans un compresseur à plusieurs étages, l'air comprimé étant refroidi entre les différents étages en question.
Grâce à ce moyen, on obtient le résultat que le régéné- rateur disposé dans le cylindre ne doit transmettre à l'en- semble de l'air qu'une partie de la chaleur à céder et que, par conséquent, le régénérateur et également l'espace nuisi- ble du cylindre peuvent être sensiblement diminués. L'air et les gaz sont alors amenés successivement et à contre-courant à travers les deux échangeurs de chaleur de manière que dans chaque échangeur de chaleur, le produit de la quantité d'air par la chaleur spécifique de l'air soit à peu près égal au produit de la quantité de gaz par la chaleur spécifique du gaz en question.
L'avantage résultant de l'invention est que, d'une part, on réduit à une valeur négligeable les pertes produites n' par l'espace nuisible grâce au fait que l'on/utilise pas de cylindre auxiliaire et que, d'autre part, la température des gaz au cours de leur passage dans les organes de commande de la chambre de combustion et de travail est tellement basse qu'un refroidissement spécial des organes de commande sus- visés devient superflu et que l'on peut ainsi supprimer des pertes appréciables par cession de chaleur aux organes de commande.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion résultent de la description qui va suivre, description faite à l'appui du dessin annexé sur lequel les figures 1 à 6 représentent des modes de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente un moteur à combustion inter- ne avec cylindre haute pression et cylindre basse pression.
La figure 2 est une coupe de la partie supérieure du cylindre et de la tête de cylindre, coupe montrant la dis- @ position du régénérateur.
<Desc/Clms Page number 3>
La figure 3 représente, à plus grande échelle, une partie de la figure 2'
La figure 4 est un diagramme sur lequel sont repré- sentés les mouvements du piston et du régénérateur en fonction du temps.
La figure'5 est une vue en plan d'une moitié du régénérateur.
La figure 6, enfin, représente un moteur avec cylin- dre haute pression et cylindre basse pression,moteur dans lequel l'air chauffé dans l'échangeur de chaleur est comprimé encore une fois par un autre étage.de compresseur, avant son entraînement dans le cylindre hauté pression.
Dans le moteur représenté sur la figure 1, l'air à la pression atmosphérique pénètre à travers la tubulure 10.dans le compresseur 11 à trois étages, équipé avec des réfrigé- rateurs intermédiaires 12 et 13 de construction usuelle.
L'air comprimé à la pression maximum s'écoule du dernier étage du compresseur 11, à travers la canalisation 14, vers l'échangeur de chaleur 16. En amont de cet échangeur, se trouve une capacité 15 raccordée de telle manière à la cana- lisation de liaison 14, par l'intermédiaire d'une dérivation , que seules pénètrent dans cette capacité ou sortent de cette dernière les quantités d'air correspondant à la différence entre l'air fourni par le compresseur et l'air que nécessi- te le moteur. L'échangeur de chaleur 16 est organisé sous forme d'échangeur de chaleur à surfaces.
L'air est chauffé à contre-courant dans :L'échangeur de chaleur 16 par les gaz d'échappement dans la z8ne des températures peu élevées dont on a'parlé précédemment et cet air s'écoule ensuite, à tra- vers la soupape d'admission 17 du cylindre 18, dans la par- tie supérieure duquel se trouve le régénérateur 19 prévu pour réchauffement dans la z8ne des températures élevées dont on a également parlé précédemment. Cet échangeur est organisé sous forme d'accumulateur de chaleur et est constitué par
<Desc/Clms Page number 4>
des t8les minces entre lesquelles peut passer l'air parallè- lement à l'axe du cylindre de combustion.
Pendant la première partie de la course du piston 20 descendant de son point mort supérieur, la température de l'air comprimé continue à croître dans l'accumulateur de chaleur 19 au-delà de la température que cet air avait acqui- se dans l'échangeur de chaleur 16. L'air comprimé et forte- ment chauffé sortant de la partie inférieure de l'accumula- teur de chaleur 19 est ensuitechauffé, à pression constante, jusqu'à la température la plus élevée grâce au combustible liquide par exemple amené par l'intermédiaire de la soupape 21, combustible qui brûle immédiatement dans l'air fortement chauffé. A cette phase de combustion succède, pendant la conti- nuation du mouvement descendant du piston 20, la détente adia- batique au cours de laquelle baisse la température des gaz de combustion.
Avant, toutefo is , que le pis ton 20 n'atteigne le point mort inférieur, la soupape de communication 22 s'ouvre, grâce à quoi se trouve établie la liaison avec le cylindre basse pression 26. Etant donné que la manivelle du piston du cylindre basse pression 26 est décalé de 180 par rapport au piston du cylindre haute pression 18, la baisse de tempé- rature des gaz qui se détendent (baisse de température due à la cession de chaleur dans le régénérateur ) ainsi que la détente dans le cylindre basse pression 26 ont lieu, en grande partie, simultanément. La manivelle du piston du cylindre basse pression peut également être décalée de plus de 120 , par exemple de 180 , par rapport à la manivelle du piston du cylindre hautepression.
Après que s'est achevée la détente, dans le cylindre basse pression 26, la soupape d'échappement 27 du cylindre basse pression en question s'ouvre lorsque le piston du cylindre basse pression se trouve au voisinage du point mort bas, après qu'a été fermée préalablement la soupape de
<Desc/Clms Page number 5>
communication 22, ce qui fait que le piston 20 du cylindre haute pression, piston qui se meut vers le haut, peut comprimer le résidu de gaz se trouvant dans le cylindre haute pression 18. Pendant le mouvement ascendant du piston du cylindre basse pression 26 et pendant l'ouverture de la soupape 27, les gaz de combustion sont refoulés à travers l'échangeur de chaleur 16 pour que leur chaleur soit cédée à l'air comprimé provenant du compresseur, comme on l'a déjà indiqué précédemment.
Un peu avant que le piston du cylindre basse pression 26 ait atteint le point mort haut, la soupape d'échappement 27 se ferme également, ce qui fait que le résidu de gaz est comprimé à une pression correspondant sensiblement à celle qui règne dans le cylindre haute pression 18, lors de l'ouver- ture de la soupape de communication 22.
Le moteur peut, également, ne comporter qu'un cylin- dre unique, le cylindre basse pression 26 étant supprimé.
Le cylindre 18 doit alors, En raison du rapport de détente plus grand, avoir des dimensions plus grandes, ce qui pré- sente des inconvénients au point de vue thermique. Une subdivision du moteir en cylindres haute pression et basse pression conformément à l'invention présente encore l'avan- tage suivant: étant donné qu'au cours de leur passage du cy- lindre haute pression au cylindre basse pression, les gaz cèdent une partie de la, chaleur au régénérateur 19, le cylindre basse pression peut avoir des dimensions plus peti- tes que celà ne serait le cas si les gaz, partiellement dé- tendus dans le cylindre haute pression, s'écoulaient directe- ment (cest-à-dire sans cession de chaleur au régénérateur) dans le cylindre basse pression.
La soupape de communication 22 est à l'abri des températures élevées étant donné que les gaz sortant du cylindre haute pression se refroidissent dans le régénérateur 19.
Lorsque l'on utilise non pas du combustible liquide mais
<Desc/Clms Page number 6>
du combustible gazeux, il faut diviser le régénérateur 19
16 et l'échangeur de telle manière que l'air comprimé soit amené à travers certaines parties du régénérateur et de l'échangeur de chaleur et que le combustible comprimé soit amené à travers les autres parties des organes précités, toutes les parties considérées étant traversées par des portions correspondantes des gaz de combustion détendus.
Sur les figures 2 et 3, on a représenté à plus grande échelle, la partie supérieure du cylindre 18 avec le régé- nérateur 19 et les soupapes 17 et 22.
Pour rendre aussi petit que possible l'espace nuisi- ble-que nécessite le régénérateur 19, ce régénérateur est disposé, avec un faible jeu, sous la paroi frontale du cy- lindre. Afin que les soupapes 17 et 22 puissent tout de mê- me s'ouvrir et que les gaz puissent traverser aussi uni- formément que possible toutes les parties transversales du régénérateur, ce dernier est monté de manière à pouvoir se mouvoir, dans le sens de l'axe du cylindre 18 et il comporte une commande grâce à laquelle ledit régénérateur est écar- té de la paroi frontale du cylindre 'chaque fois que s'ou- vrent les soupapes d'admission et de détente.
Ceci est re- présenté sur le diagramme de la figure 4, diagramme .ans le- quel les temps sont représentés par les abscisses Z, tandis que les courses du piston (courbes a) et du régénérateur (courbes b) sont représentées par les ordonnées H. Pendant la première partie de la course descendante du piston 20, la soupape d'admission est ouverte et le régénérateur 19 s'abaisse pour se rapprocher de nouveau de la paroi frontale du cylindre conformément à la courbe b.
Dès que la soupape d'échapepement, soupape de communication 22, commence à sou- vrir avant le point mort bas du piston 20, le régénérateur s'abaisse conformément à la courbe c. pour revenir devant la paroi frontale du cylindre au moment de la fermeture de la soupape d'échappement 22 et avant que soit atteint le point @ mort haut du piston.
<Desc/Clms Page number 7>
Le régénérateur peut, par exemple, être actionné, à partir de l'arbre principal du mdteur, par l'intermédiai- re d'un mécanisme de levier à genouillère, mécanisme qui oscille suivant un mouvement de va-et-vient lorsque le le- vier à genouillère est en position allongée. Le levier à genouillère oscille dans ce mécanisme d'une quantité plus grande sur un coté de sa position allongée que sur l'autre côté, suivant les durées d'ouverture différentes -des sou- papes d'admission et d'échappement. Il est avantageux de disposer la soupape pour l'admission du combustible dans l'axe du cylindre et de la fixer au régénérateur de manière que la soupape précitée participe aux mouvements dudit régénérateur.
La liaison entre la soupape et la chambre de combustion doit, par conséquent, être organisée d'une manière souple.
Le cylindre haute pression 18 comporte, dans .sa par- tie supérieure, comme le montre la figure 2, une chemise calorifugée 30, .tandis que la partie inférieure de ce même cylindre,.partie dans laquelle glissent les semgents dé pis- ton, comporte une chemise de refroidissement 31.
La moitié de gauche de la figure 2 montre, en coupe, la 'cage de la soupape d'admission, tandis que la moitié de droite de la mme figure montre, en coupe, la cage de la soupape de communication ou d'échappement. Il est avantageux de disposer, dans la culasse.du cylindre, deux soupapes d'ad- ; mission 17 diamétralement opposées, et également deux soupa- pes d'échappement ou de communication 22 diamétralement oppo- sées.
Le régénérateur disposé dans le cylindre 18 est vu en coupe verticale sur la figure 3 et en plan sur la figure 5.
Ce régénérateur est formé, d'une part, d'un cadre con- stitué par des rais 77, courbés en développantes et partant d'un moyeu 76 et par un anneau 78 et., d'autre part, d'une couronne interne de tôles 79 et d'une couronne externe de tôles 80-également courbées en développantes et maihtenues dans le
<Desc/Clms Page number 8>
79 cadre précité. Les tôles/courbées en développantes sont in- troduites dans les ouvertures de cadre formées du moyeu 76, des rais 77 et de l'anneau 78 grâce au fait qu'en un point de chaque ouverture, les bords faisant saillie vers l'inté- rieur de l'ouverture considérée comportent des fentes étroi- tes à travers les-quelles on peut introduire, par glisse- ment, les tôles 79 précitées.
Les fentes étroites en ques- tion, obtenues avantageusement par un trait de scie, peuvent tre fermées par soudure, après introduction des tôles. D'une manière analogue, les tôles 80 également courbées en déve- loppantes, tôles qui sont maintenues par des queues d'aron- de dans le bord externe de l'anneau 78, peuvent être intro- duites dans la rainure en queue d'aronde à travers une ouverture ménagée en un point de la périphérie. L'intervalle entre les tôles, intervalle qui est, par exemple, de 0,1 mm peut être assuré de la manière usitée dans les les aubages des roues de turbine à vapeur, ou bien à l'aide de petites saillies embouties dans les tôles.
Il convient de prévoir un anneau 83 sur la périphérie de l'accumulateur de chaleur, périphérie formée des extrémités libres des tôles 80, l'anneau 83 étant soudé aux tôles précitées après mise en position.
Comme matière première pour les tôles et le cadre du régénérateur, on utilise des alliages résistant aux tempé- ratyres élevées.
Dans l'axe du cadre régénérateur se trouve la soupape 21 pour l'admission du combustible liquide. Fendant l'injec- tion du combustible dans le cylindre, ce combustible est in- troduit avec une pression tellement élevée que la soupape 21 s'écarte légèrement de son siège, malgré l'action du res- sort puissant 75. Le combustible sort, alors (de la soupape) sous forme d'une pluie divergente horizontale et il rencontre à angle droit, des parties toujours fraiches d'air comprimé fortement chauffé s'écoulant verticalement vers le bas, hors du régénérateur 19. On obtient, de cette manière, une
<Desc/Clms Page number 9>
combustion complète.
Un autre mode de réalisation de l'invention est repré- senté schématiquement sur la figure 6. Le moteur représenté sur cette figure se différencie de celui que montre la figure 1 par le fait que l'air chauffé dans l'échangeur de chaleur 16 par les gaz d'échappement est comprimé avant soh .introduc-' tion dans le cylindre haute pression 18 par un quatrième éta- ge 11a du compresseur. La capacité 15 est, dans ce cas, inter- posée entre l'étage compresseur lla et le cylindre haute pression 18. D'autre part, on a prévu une autre capacité 25 . entre le cylindre haute pression 18 et le cylindre basse pression 26. L'air comprimé n'est pas refroidi entre le troisième étage compresseur 11 et le quatrième étage 11a.
;et air reçoit, au contraire, de la chaleur dans l'échan- geur de chaleur 16:
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits.ci-dessus et représentés sur le des- sin.annexé; l'invention peut être mise en oeuvre de manières très diverses et peutfaire l'objet de nombreuses variantes..