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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.
La présente invention se rapporte aux moteurs à combustion inter- ne à pistons libres et concerne plus particulièrement un mécanisme simplifié de réglage de la course de retour des pistons d'un tel moteur.
Le fonctionnement des moteurs à pistons libres exige un disposi- tif ramenant les Fistons à la position correcte à l'intérieur de cylindre du moteur pour la compression de l'air de renouvellement. Lorsque le moteur fait partie d'un compresseur d'air fonctionnant à charge constante, la force d'ex- pansion de l'air dans le compresseur peut être utilisée pour le retour des pistons. Mais, dans le cas d'un moteur utilisé comme générateur de gaz moteur et fonctionnant à charge variable, il est nécessaire d'avoir recours à une chambre ou cylindre supplémentaire dans lequel puisse se développer l'éner- gie voulue pour le retour des pistons.
Cette chambre est appelée chambre de rebondissement!!, et en introduisant ou en évacuant de l'air de cette chambre,, il est possible de régler la course intérieure des pistons dans 'des limites assez précises.
La technique dispose de diverses manières d'assurer la commande de l'énergie de la chambre de rebondissement. Voir,,par exemple, le brevet américain Lewis n 2.435.970. La présente invention concerne essentiellement un mécanisme de commande simplifié dans lequel l'énergie de la chambre de re- bondissement est en relation avec la. charge appliquée au moteur, cette der- nière se répercutant en une variation de la pression d'échappement.
L'invention a principalement pour but d'offrir un dispositif de commande du genre susvisé, de fonctionnement, simple et efficace, et capable d'assurer sans dérangement un long service continu.
Elle a encore pour objet d'offrir une commande pour générateur de
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gaz moteur associé à une turbine à section fixe d'ajutage, commande agencée de manière à mettre en corrélation la pression de rebondissement du généra- teur et celle d'échappement afin de maintenir une longueur correcte de course dans ce générateur.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description suivante donnée en référence au dessin annexé, sur lequel:
La figure 1 est une vue schématique, partie en coupe, d'un mo- teur à pistons libres, comportant un dispositif de commande de l'invention;
La figure 2 est une coupe verticale centrale, plutôt schématique, d'un dispositif de commande de l'invention ; et
La figure 3 est une coupe fragmentaire d'une autre forme de réa- lisation introduisant une pression de commande supplémentaire.
Si l'on considère le dessin, l'invention est représentée en appli- cation à un générateur de gaz moteur à pistons libres désigné dans son ensem- ble par la référence numérique 10, et pourvu à chaque extrémité d'une chambre de rebondissement 11, lesquelles sont réunies par une canalisation compensa- trice 12. Le générateur de gaz. comporte les pistons multiples solidaires ha- bituels s'adaptant dans les cylindres moteurs 14, les cylindres compresseurs 16 et les cylindres ou chambres de rebondissement 11. Le cylindre compresseur 16 sert également de chambre de rebondissement inverse 17 de la manière expli- quée dans le susdit brevet Lewis.
On remarquera que, si le moteur doit fonc- tionner par ignition par compression, les pistons moteurs doivent atteindre un point intérieur approprié afin que l'air emprisonné entre eux soit à la température et à la pression correctes pour enflammer la charge de combustible injecté, mais ils ne doivent pas s'approcher trop près l'un de l'autre, pour ne pas restreindre le volume dans lequel le combustible peut être injecté ou élever la température et la pression de la charge d'air au-delà des limites pratiques. L'existence d'une pression excessive dans les chambres de rebon- dissement tend également à caler le moteur en restreignant la longueurdes courses extérieures des pistons et en empêchant un balayage correct du cylin- dre moteur.
Il est donc essentiel de maintenir à un niveau correct, requis par une condition de charge donnée, l'énergie disponible dans les chambres de rebondissement pour le retour des pistons. D'autre part, il n'est pas dé- sirable que les dispositifsdestinés à commander l'énergie assurant le re- tour des pistons soient sensibles à toutes les variations minimes de longueur de course, car ces appareils présenteraient une tendance au pompage au-dessus et au-dessous du niveau d'énergie approprié. Il suffit qu'ils suivent les tendances prononcées aux variations de longueur de course, et la présente in- vention intercale dans le circuit de commande un dispositif amortisseur d'os- cillations.
L'invention concerne un distributeur régulateur construit et agen- cé de manière à évacuer ou à ajouter de l'air dans les chambres de rebondis- sement, selon que la pression d'échappement du moteur diminue ou augmente.
Dans l'ensemble, la commande de la longueur de course d'un moteur à pistons li- bres par réglage de la quantité d'air contenue dans une chambre de rebondis- sement est connue des techniciens, mais les dispositifsantérieurs avaient recours à une installation compliquée pour équilibrer les pressions dans les diverses chambres du moteur,et se sontmontrés d'un réglage et d'un entretien difficile.
Le distributeur de l'invention est schématiquement représenté sur la figure 2; il comprend un corps 20 pourvu d'un raccord supérieur de canali- sation 22 réunie à l'échappement du moteur, d'une canalisation 24 de raccorde- ment à une source d'air à forte pression, à une bouteille réservoir 26 par exemple, et de deux canalisations de raccordement, 28 et 30, à la canalisation compensatrice 12 des cylindres de rebondissement. La canalisation 28 est à dessein restreinte afin que les faibles fluctuations n'influencent pas les élé-
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ments de commande. La canalisation "amortie" ainsi obtenue permet à la comman- de de répondre aux variations de la pression moyenne dans la canalisation com- pensatrice 12 et non aux pressions minimum et maximum qui peuvent y régner.
Le montage du corps 20 du distributeur ne sera pas décrit.
Un cylindre 32, situé à la partie supérieure du corps 20 du dis- tributeur, communique directement avec la canalisation 22, et le piston 34, travaillant dans ce cylindre, est ainsi soumis à tous moments à la pression de commande qui peut être soit la pression d'échappement, soit la somme des pressions d'échappement et de rebondissement inverse. Le piston 34 est pous- sé vers l'intérieur de son cylindre par un ressort de réglage 36 intercalé entre la tige 37 du piston et la tète 38 d'un siège mobile de soupape 40.
La tête 38 est fixée au centre d'une membrane 42 dont le bord extérieur est scellé dans le corps 20.
Le siège mobile 40, dont la tête 38 forme la partie supérieure, est guidé, pour mouvement linéaire, dans un alésage 44 du corps 20, par une collerette à garniture formant piston 46, et est pourvu d'un conduit central 48 qui s'ouvre dans une chambre à évent 50 située au-dessus de la membrane 42.
Une soupape 52 ferme normalement le conduit 48 par contact étanche avec l'ex- trémité inférieure du siège mobile 40.
La soupape 52 est de préférence pourvue d'une tige de guidage 54 associée à une partie appropriée usinée dans le corps 20 pour assurer le mouvement linéaire de la soupape. La soupape est poussée vers le haut par un ressort 56 placé entre un clapet à plateau 58 et une partie fixe 60 du corps 20, le clapet à plateau s'engageant sur la tige 62 de la soupape 52. Le mouvement remontant de la soupape 52 est limité par une série de saillies 64 dépassant dans l'alésage 44 sur le trajet de déplacement de la soupape.
Une chambre 66, entourant la soupape 52, communique avec la ca- nalisation amortie 28 de raccordement à la canalisation compensatrice 12 au moyen des conduits 68, 70 et 72. Par conséquent, lorsqu'un mouvement séparant le siège 40 de la tête de la soupape ouvre celle-ci, la chambre 66 et par sui- te les cylindres de rebondissement s'évacueront par l'intermédiaire du con- duit 48 et de la chambre 50.
Le conduit 72 du corps 20 s'ouvre dans une chambre 74 située au- dessous de la membrane 42 de sorte que le dessous de cette membrane est sou- mis a la pression moyenne existant dans la canalisation compensatrice 12 et est repoussé vers le haut uar cette pression. A cette force s' opposé la force exercée par la pression de commande agissant sur le piston 34 et transmise par l'intermédiaire du ressort 36 et de la tête 38. Un choix approprié des surfaces relatives du piston 34 et de la membrane 42 permet d'assurer une commande appropriée pour une gamme étendue de systèmes, le facteur essen- tiel étant les caractéristiques de fonctionnement de la turbine ou autre ap- pareil consommateur de gaz associé.
Un dispositif approprié assure également l'introduction d'air dans les chambres de rebondissement en ouvrant la communication entre la ca- nalisation 24 d'air comprimé et la canalisation 30 de remplissage des chambres de rebondissement. Cette canalisation 30 est commandée directement par une soupape inférieure 80 située dans une chambre 82 du corps 20, constamment re- liée à la source d'air comprimé.
La soupape inférieure 80 est montée sur.une tige 84 formée sur la face inférieure d'un piston 86 travaillant dans un cylindre 88 usiné dans le corps 20 du distributeur. La tige 84 est traversée par un, conduit central 90 qui communique avec le cylindre 88 au-dessus du piston 86, mais ce conduit est étranglé à son extrémité supérieure, par un orifice 92, par exemple. La face inférieure du piston 86 est soumise à la pression de la chambre 82 et de l'air de remplissage grâce à un conduit de raccordement direct 94.
Les fa- ces supérieure et inférieure de ce piston supportent donc la même pression,
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lorsque les conditions sont stables, mais si le cylindre 88vient à s'évacuer et la pression agissant sur la face supérieure à se détendre, la pression agissant sur la face inférieure prédominera alors jusqu'à ce que l'air pas- sant par l'extrémité étranglée du conduit 90 ait à nouveau rempli le cylin- dre à la pression initiale. Dans certaines conditions de déséquilibre de pression, le piston 84 remonte alors dans son cylindre et ouvre la soupape de remplissage 80. Un ressort 96 pousse le piston vers le bas pour fermer la soupape 80 lorsque les pressions s'équilibrent à nouveau sur les deux faces du piston g6.
Le cylindre 88 est commandé à son extrémité supérieure par le clapet à plateau 58, et s'évacue, lorsque ce clapet est ouvert, dans le cir- cuit de commande d'air de rebondissement par l'intermédiaire du conduit 70.
Le cylindre pourrait s'évacuer dans l'atmosphère, mais il est préférable de conserver l'air disponible.
En ce qui concerne le fonctionnement, si l'on suppose que le gé- nérateur de gaz moteur fonctionne correctement à courses et fréquence norma- les pour alimenter en gaz une turbine associée T, l'appareil de commande dé- crit ci-dessus ne fonctionne que sous l'effet d'un écart des conditions de fonctionnement correct. Si, pour une raison quelconque, la pression de comman- de s'élève, la pression régnant dans le cylindre supérieur 32 s'élève égale- ment et le piston 34 se déplace vers l'extérieur à l'encontre de la compres- sion du ressort de réglage 36. La membrane 42 s'abaisse, ainsi que le siège mobile 40 et la soupape associée 52; le clapet à plateau 58 s'ouvre tandis que la soupape 52 reste fermée.
Cette condition se réaliserait également si, pour une raison quelconque, les espaces de rebondissement perdaient de leur charge et que la pression diminue au-dessous de la membrane 42.
Quand le clapet 58 quitte son siège, l'air contenue dans le cy- lindre inférieur 88, à la pression totale d'alimentation, se précipite dans le circuit de commande par les conduits 70 et 72. Les forces appliquées sur les deux faces du piston inférieur 86 sont maintenant en déséquilibre, la pression étant plus forte sur la face inférieure que sur la face supérieure.
Le piston remonte dans son cylindre et sépare la soupape inférieure 80 de son siège, à l'encontre du ressort 96. L'air comprimé de la bouteille réser- voir 26 entre dans la canalisation compensatrice 12 et dans les cylindres de rebondissement. Une plus grande quantité d'énergie est ainsi disponible pour repousser lespistons du moteur l'un vers l'autre pour leur course de compression, cette énergie compensant l'augmentation de pression d'échappe- ment ou d'air de balayage.
Lorsque la pression s'élève au point auquel l'équilibre désiré est atteint, la pression agissant sur la face inférieure de la membrane 42 force cette dernière et le siège mobile associé 40 à remonter et permet au ressort 56 de refermer le clapet 58 sur son siège pour empêcher tout autre échappement d'air du cylindre inférieur 88. L'air de la source d'air comprimé continuant à entrer par le conduit 90 et l'étranglement 92, la pression au- dessus et au-dessous du piston inférieur 86 s'équilibre bientôt, et le res- sort 96, faisant redescendre le piston, ramène la soupape 80 sur son siège et ferme la communication avec la canalisation de remplissage 30.
Si, pour une raison quelconque, la pression d'échappement de- vient inférieure à celle du fonctionnement normal, ou si les cylindres de rebondissement prennent de la surcharge, la membrane 42 remonte pour com- primer le ressort 36 sous l'effet de la pression, maintenant excessive,, agissant sur sa face inférieure. Le siège mobile 40 se sépare alors de la soupape 52, car cette dernière ne peut suivre le siège que jusqu'à la limi- te déterminée par les saillies 64 de l'alésage 44. Le conduit 48 étant main- tenant ouvert, l'évacuation de la canalisation compensatrice peut s'effec- tuer dans la chambre 50 et dans l'atmosphère, par l'intermédiaire de la ca- nalisation amortie 28, et des conduits 72,70 et 68.
Lorsque les pressions reprennent leur équilibre, la membrane 42 reprend sa position normale et la
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soupape 52 se referme.
On remarquera que l'énergie de rebondissement se trouve ainsi réglée selon les modifications de charge se répercutant en une variation de la pression d'échappement, et corrigée, pour toute condition de charge don- née, du point de vue perte de charge ou surcharge pouvant résulter de toute autre cause telle que fuite aux pistons, etc.
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 3, on in- troduit une pression de commande supplémentaire au moyen d'une canalisation 100 partant d'une canalisation compensatrice de rebondissement inverse 102 reliant les deux chambres de rebondissement inverse 17. La canalisation 100 est raccordée au cylindre supérieur 32 qui est maintenant divisé en deux cy- lindres axialement concentriques 32, 32a. Le cylindre 32 est raccordé à la canalisation d'échappement par la conduite 22, tandis que le cylindre 32a est raccordé par la canalisation 100 à la canalisation compensatrice de rebondis- sement inverse 102. Le piston est maintenant représenté sous la forme d'un piston à gradins comprenant une partie inférieure 34a, travaillant dans le cylindre 32a, et une partie supérieure 34, fonctionnant dans le cylindre 32.
Ce piston composé est soumis à la somme de la pression de rebondissement in- verse et de la pression d'échappement, et toute variation appréciable de l'une ou l'autre de ces pressions fera fonctionner les éléments précédemment décrits pour augmenter ou diminuer la pression de rebondissement du moteur.
Lorsque la pression de rebondissement inverse augmente, la fréquence de fonc- tionnement du moteur augmente selon l'exposé du brevet américain Lewis n 2.435.970. Une augmentation de la pression de rebondissement inverse pro- voque une augmentation de la pression de rebondissement direct, mais le pré- sent appareil fonctionne de telle sorte que le moteur marchant à fréquence plus élevée et charge plus forte fournit considérablement plus de gaz à la turbine ou autre appareil consommateur de gaz.
Le supplément de commande fourni par la pression de rebondisse- ment inverse est également avantageux dans le cas d'installation comportant plus d'un générateur de gaz moteur à pistons libres, car la commande de la fréquence de fonctionnement s'obtient plus facilement par la variation de la pression de rebondissement inverse que par tout autre moyen et permet de maintenir un synchronisme plus précis entre une multiplicité de générateurs.
Bien que l'on ait décrit et représenté une forme particulière de construction., celle-ci n'a été citée qu'à titre d'exemple, et les spécialistes peuvent y apporter des modifications qui restent dans la portée de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Dans un moteur à pistons libres comportant une chambre dans la- quelle l'air est comprimé par un mouvement des pistons libres et utilisé en- suite pour redonner de l'énergie au système par re-dilatation le perfection- nement comprenant : élément soumis, d'un côté, à la pression moyenne régnant dans ladite chambre et, du côté opposé, à une seconde pression représentant une caractéristique de fonctionnement du moteur à pistons libres ; unsiège de soupape fixé à cet élément et mobile avec celui-ci; une soupape normalement fermée sur ce siège et suivant les mouvements de ce dernier ; undispositif li- mitant le mouvement de cette soupape dans un senspour effectuer la séparation de la soupape et de son siège lorsque ce dernier continue à se déplacer dans un sens;
une seconde soupape ouverte par le mouvement de la première dans le sens opposé ; un dispositif fonctionnant en réponse à une ouverture de cette seconde soupape pour admettre de l'air dans ladite chambre.
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IMPROVEMENTS TO INTERNAL COMBUSTION ENGINES.
The present invention relates to internal combustion engines with free pistons and relates more particularly to a simplified mechanism for adjusting the return stroke of the pistons of such an engine.
The operation of free piston engines requires a device to return the Fistons to the correct position inside the engine cylinder for the compression of the make-up air. When the engine is part of an air compressor operating at constant load, the force of expansion of the air in the compressor can be used to return the pistons. However, in the case of an engine used as an engine gas generator and operating at variable load, it is necessary to have recourse to an additional chamber or cylinder in which the required energy can be developed for the return of the pistons. .
This chamber is called the rebound chamber !!, and by introducing or removing air from this chamber, it is possible to adjust the internal stroke of the pistons within fairly precise limits.
The art has various ways of providing control of the energy of the rebound chamber. See, for example, U.S. Patent Lewis No. 2,435,970. The present invention is essentially concerned with a simplified control mechanism in which the energy of the bouncing chamber relates to the. load applied to the engine, the latter being reflected in a variation of the exhaust pressure.
The main object of the invention is to provide a control device of the aforementioned type, simple and efficient in operation, and capable of ensuring long continuous service without disturbance.
It also aims to offer a command for generator of
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driving gas associated with a turbine with a fixed nozzle section, control arranged so as to correlate the rebound pressure of the generator and that of the exhaust in order to maintain a correct length of stroke in this generator.
Other objects and advantages of the invention will emerge better from the following description given with reference to the appended drawing, in which:
FIG. 1 is a schematic view, partly in section, of a free piston motor, comprising a control device of the invention;
Figure 2 is a central vertical section, rather schematic, of a control device of the invention; and
Figure 3 is a fragmentary sectional view of another embodiment introducing additional control pressure.
Considering the drawing, the invention is shown in application to a free-piston motive gas generator designated as a whole by the numeral 10, and provided at each end with a rebound chamber 11. , which are joined by a compensating pipe 12. The gas generator. comprises the usual integral multiple pistons fitting in the engine cylinders 14, the compressor cylinders 16 and the rebound cylinders or chambers 11. The compressor cylinder 16 also serves as the reverse rebound chamber 17 in the manner explained in FIG. aforesaid Lewis patent.
It will be noted that, if the engine is to operate by compression ignition, the engine pistons must reach an appropriate internal point so that the air trapped between them is at the correct temperature and pressure to ignite the charge of injected fuel, but they should not get too close to each other, so as not to restrict the volume into which the fuel can be injected or raise the temperature and pressure of the air charge beyond practical limits . The existence of excessive pressure in the rebound chambers also tends to stall the engine by restricting the length of the outer strokes of the pistons and preventing proper sweeping of the engine cylinder.
It is therefore essential to maintain at the correct level, required by a given load condition, the energy available in the rebound chambers for the return of the pistons. On the other hand, it is not desirable that the devices intended to control the energy ensuring the return of the pistons be sensitive to all the minimal variations in stroke length, since these devices would have a tendency to pump up too much. above and below the appropriate energy level. It suffices that they follow the pronounced tendencies to variations in stroke length, and the present invention incorporates an oscillation damping device in the control circuit.
The invention relates to a regulating valve constructed and arranged to exhaust or add air to the rebound chambers as the engine exhaust pressure decreases or increases.
On the whole, controlling the stroke length of a free piston engine by adjusting the amount of air contained in a rebound chamber is known to technicians, but previous devices had recourse to an installation. complicated to balance the pressures in the various rooms of the engine, and have been shown to be difficult to adjust and maintain.
The distributor of the invention is schematically represented in FIG. 2; it comprises a body 20 provided with an upper pipe connector 22 joined to the engine exhaust, a pipe 24 for connection to a source of high pressure air, to a reservoir bottle 26 for example. , and two connecting pipes, 28 and 30, to the compensating pipe 12 of the rebound cylinders. Line 28 is purposely restricted so that small fluctuations do not influence the elements.
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ordering information. The "damped" pipe thus obtained enables the control to respond to the variations in the average pressure in the compensating pipe 12 and not to the minimum and maximum pressures which may prevail there.
The assembly of the body 20 of the distributor will not be described.
A cylinder 32, located at the upper part of the body 20 of the distributor, communicates directly with the pipe 22, and the piston 34, working in this cylinder, is thus subjected at all times to the control pressure which may be either the exhaust pressure, which is the sum of the exhaust and reverse rebound pressures. The piston 34 is pushed towards the interior of its cylinder by an adjusting spring 36 interposed between the rod 37 of the piston and the head 38 of a movable valve seat 40.
Head 38 is fixed in the center of a membrane 42, the outer edge of which is sealed in body 20.
The movable seat 40, the head 38 of which forms the upper part, is guided, for linear movement, in a bore 44 of the body 20, by a gasket flange forming a piston 46, and is provided with a central duct 48 which s' opens in a vented chamber 50 located above the membrane 42.
A valve 52 normally closes the conduit 48 by sealing contact with the lower end of the movable seat 40.
The valve 52 is preferably provided with a guide rod 54 associated with a suitable part machined in the body 20 to provide linear movement of the valve. The valve is urged upwardly by a spring 56 placed between a plate valve 58 and a fixed portion 60 of the body 20, the plate valve engaging the stem 62 of the valve 52. The upward movement of the valve 52 is limited by a series of projections 64 protruding into the bore 44 on the path of travel of the valve.
A chamber 66, surrounding the valve 52, communicates with the damped pipe 28 for connection to the compensating pipe 12 by means of the pipes 68, 70 and 72. Consequently, when a movement separating the seat 40 from the head of the valve valve opens this, the chamber 66 and consequently the rebound cylinders will be discharged through the conduit 48 and the chamber 50.
The conduit 72 of the body 20 opens into a chamber 74 located below the membrane 42 so that the underside of this membrane is subjected to the average pressure existing in the compensating line 12 and is pushed upwards. this pressure. This force is opposed by the force exerted by the control pressure acting on the piston 34 and transmitted through the spring 36 and the head 38. An appropriate choice of the relative surfaces of the piston 34 and of the membrane 42 makes it possible to to ensure proper control for a wide range of systems, the most important factor being the operating characteristics of the turbine or other associated gas consuming device.
A suitable device also ensures the introduction of air into the rebound chambers by opening the communication between the compressed air line 24 and the rebound chamber filling line 30. This pipe 30 is controlled directly by a lower valve 80 located in a chamber 82 of the body 20, constantly connected to the source of compressed air.
The lower valve 80 is mounted on a rod 84 formed on the underside of a piston 86 working in a cylinder 88 machined in the body 20 of the distributor. The rod 84 is crossed by a central duct 90 which communicates with the cylinder 88 above the piston 86, but this duct is constricted at its upper end, by an orifice 92, for example. The lower face of the piston 86 is subjected to the pressure of the chamber 82 and of the filling air by means of a direct connection duct 94.
The upper and lower faces of this piston therefore support the same pressure,
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when conditions are stable, but if the cylinder 88 is able to vent and the pressure acting on the upper face to relax, the pressure acting on the lower face will then predominate until the air passes through the constricted end of conduit 90 has again filled the cylinder to the initial pressure. Under certain conditions of pressure imbalance, the piston 84 then rises in its cylinder and opens the fill valve 80. A spring 96 pushes the piston down to close the valve 80 when the pressures again equalize on both sides. piston g6.
The cylinder 88 is controlled at its upper end by the plate valve 58, and, when this valve is open, is discharged into the rebound air control circuit via the conduit 70.
The cylinder could vent to atmosphere, but it is best to keep the air available.
With regard to operation, if it is assumed that the engine gas generator is operating correctly at normal strokes and frequency to supply gas to an associated turbine T, the control unit described above does not operates only under the effect of a deviation from the correct operating conditions. If for some reason the control pressure rises, the pressure in the upper cylinder 32 also rises and the piston 34 moves outward against the compression. of the adjustment spring 36. The diaphragm 42 is lowered, as well as the movable seat 40 and the associated valve 52; plate valve 58 opens while valve 52 remains closed.
This condition would also be true if, for some reason, the rebound spaces lost their charge and the pressure decreased below the membrane 42.
When the valve 58 leaves its seat, the air contained in the lower cylinder 88, at full supply pressure, rushes into the control circuit through the conduits 70 and 72. The forces applied to the two faces of the valve. lower piston 86 are now in imbalance, the pressure being stronger on the lower face than on the upper face.
The piston rises in its cylinder and separates the lower valve 80 from its seat, against the spring 96. The compressed air from the reservoir bottle 26 enters the compensating line 12 and the rebound cylinders. More energy is thus available to push the engine pistons towards each other for their compression stroke, this energy compensating for the increase in exhaust or purge air pressure.
When the pressure rises to the point at which the desired equilibrium is reached, the pressure acting on the underside of the diaphragm 42 forces the latter and the associated movable seat 40 to rise and allows the spring 56 to close the valve 58 on its seat to prevent further escape of air from the lower cylinder 88. As air from the compressed air source continues to enter through duct 90 and throttle 92, the pressure above and below the lower piston 86 soon equilibrates, and the spring 96, causing the piston to descend, brings the valve 80 back to its seat and closes the communication with the filling line 30.
If, for some reason, the exhaust pressure becomes lower than during normal operation, or if the rebound cylinders become overloaded, the diaphragm 42 rises to compress the spring 36 under the effect of the pressure. pressure, now excessive, acting on its underside. The movable seat 40 then separates from the valve 52, since the latter can only follow the seat up to the limit determined by the projections 64 of the bore 44. The conduit 48 being now open, the evacuation of the compensating pipe can take place in the chamber 50 and in the atmosphere, via the damped pipe 28, and the pipes 72, 70 and 68.
When the pressures regain their equilibrium, the membrane 42 returns to its normal position and the
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valve 52 closes.
It will be noted that the rebound energy is thus regulated according to the load modifications being reflected in a variation of the exhaust pressure, and corrected, for any given load condition, from the point of view of pressure drop or overload. which may result from any other cause such as piston leaks, etc.
In the embodiment shown in FIG. 3, an additional control pressure is introduced by means of a line 100 from a compensating reverse rebound line 102 connecting the two reverse rebound chambers 17. The line 100 is formed. connected to the upper cylinder 32 which is now divided into two axially concentric cylinders 32, 32a. Cylinder 32 is connected to the exhaust line through line 22, while cylinder 32a is connected through line 100 to reverse rebound compensating line 102. The piston is now shown as a piston. stepped comprising a lower part 34a, working in the cylinder 32a, and an upper part 34, operating in the cylinder 32.
This compound piston is subjected to the sum of the reverse rebound pressure and the exhaust pressure, and any appreciable variation in either of these pressures will cause the elements previously described to operate to increase or decrease the pressure. engine rebound pressure.
As the reverse rebound pressure increases, the motor operating frequency increases according to the disclosure of U.S. Patent Lewis No. 2,435,970. An increase in the reverse rebound pressure causes an increase in the direct rebound pressure, but the present apparatus operates in such a way that the motor running at higher frequency and higher load supplies considerably more gas to the turbine. or other gas consuming device.
The additional control provided by the reverse rebound pressure is also advantageous in the case of an installation with more than one free-piston engine gas generator, since the control of the operating frequency is more easily obtained by the variation of the rebound pressure reverses than by any other means and allows to maintain a more precise synchronism between a multiplicity of generators.
Although a particular form of construction has been described and shown, this has been cited only by way of example, and those skilled in the art can make modifications thereto which remain within the scope of the invention.
CLAIMS.
1. In a free piston engine comprising a chamber in which the air is compressed by a movement of the free pistons and then used to restore energy to the system by re-expansion, the improvement comprising: element subjected, on one side, to the average pressure prevailing in said chamber and, on the opposite side, to a second pressure representing an operating characteristic of the free piston engine; a valve seat fixed to this element and movable therewith; a valve normally closed on this seat and following the movements of the latter; a device limiting the movement of this valve in one direction to effect the separation of the valve and its seat when the latter continues to move in one direction;
a second valve opened by movement of the first in the opposite direction; a device operating in response to an opening of this second valve to admit air into said chamber.