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L'invention concerne une machine à piston à gaz chaud, du type à balayeur, caractérisée en ce que le mouvement du piston est transmis par deux bielles Identiques, flanquant symétriquement l'axe de la machine, à deux manivelles identiques solidaires de deux vilebrequins tournant en synchronisme, en phase, et en sens opposés, dont les axes, parallèles entre eux, flanquant symétriquement l'axe de la machine, se trouvent dans un plan perpendiculaire à l'axe de la machine, tandis qu'au balayeur est fixée une tige que deux bielles de balayeur, flanquant symétriquement l'axe de la machine, accouplent aux manivelles.
Par machine à piston à gaz chaud, il y a lieu d'entendre un mo- teur à gaz chaud, une machine frigorifique à gaz froid ou une pompe thermi- que, ces deux dernières fonctionnant suivant le principe inverse de celui du moteur à gaz chaud.
Une machine équipée d'un mécanisme de commande conforme à l'in- vention peut être facilement équilibrée. De plus, le décalage nécessaire entre le mouvement du balayeur et celui du piston s'obtient de façon très simple.
Dans une forme de réalisation avantageuse de la machine conforme à l'invention, les bielles de piston se trouvent d'un côté d'un plan passant par les axes de la manivelle tandis que les bielles du balayeur se trouvent de l'autre côté de ce plan. Cet agencement simplifie la construction de la machine en général et des diverses têtes de bielle en particulier.
L'équilibrage des parties de machine animées d'un mouvement al- ternatif est encore amélioré lorsque, suivant une autre forme de réalisation de l'Invention, les bielles de piston ont approximativement la même longueur que les bielles de balayeur et que les masses des bielles de piston et des parties animées d'un mouvement alternatif y reliées sont approximativement égales aux masses des bielles des balayeurs et des parties animées d'un mouvement alternatif y reliées. Dans cette forme de réalisation du mécanisme de commande les harmoniques sont pratiquement compensées tandis que les vibrations du premier ordre sont compensées par les masses d'équilibrage.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, les bielles de piston sont assemblées directement entre elles du côté du piston et sont articulées à une tige fixée au pistono En principe, on peut utiliser un piston sans tige; toutefois, dans ce cas, l'assemblage du piston et des bielles de piston est plus compliqué. Dans 3:e cas d'emploi d'une tige fixée au piston, l'accouplement entre les bielles de piston et la tige de piston est beaucoup plus simple. De plus, on peut disposer sous le piston d'une enceinte fermée, de sorte que le carter ne doit pas se trouver sous pression
Dans la machine conforme 4 l'Invention, le décalage entre le mouvement du balayeur et celui du piston est évidemment déterminé par les diverses dimensions du mécanisme de commande.
Lorsqu'on désire modifier ce décalage, par exemple dans un but de réglage, suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, les extrémités des bielles du balayeur, opposées aux manivelles, peuvent être reliées à la tige du balayeur de façon que la distance entre chaque extrémité de bielle et la tige du balayeur soit réglable, bien que les deux bielles de balayeur restent symétriques par rapport au balayeur.
La rotation synchrone, en phase et en sens opposés, des arbres peut s'obtenir de plusieurs manières. Le mode de réalisation le plus simple conforme à l'invention est l'accouplement par engrenages des arbres.
Dans une forme de réalisation de l'invention, l'amenée ou le prélèvement d'énergie mécanique s'effectue à l'aide des deux arbres.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'Invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
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La fig. 1 est une coupe d'un moteur à piston à gaz chaud du type à balayeur.
Les fig. 2a, b, c et d représentent schématiquement la position relative du balayeur et du piston d'une part, et du mécanisme de commande d'autre parte pour quatre positions de la manivelle.
Sur le dessin, un balayeur 2 et un piston 3 peuvent se déplacer dans le cylindre 1 d'un moteur a piston à gaz chaud. L'extrémité supérieure du cylindre est constituée par une t#- te de cylindre 4 comportant, à l'intérieure des ailettes 5 été à l'exté- rieur des ailettes 6. tlne chemise 7 forme la séparation entre les ailettes 5 et un récupérateur 8 d'une part et le côté Intérieur du cylindre d'autre parte De plus., dans le cylindre sont ménagées des ouvertures 9 qui communiquent avec une enceinte dans laquelle se trouvent des ailettes 10 fixées à un corps 11 comportant, à l'extérieur, des nervures 12; les nervures et les ailettes forment le système réfrigérant.
La tête de cy- lindre est entourée d'un corps 13 dans lequel se trouve un réchauffeur 14, représenté schématiquement. Les gaz de combustion lèchent les ailettes 10 et, après avoir cédé leur chaleur, ils quittent le corps 13 par le conduit d'évacuation 15. La tête du cylindre 4 est fixée par des vis 16 au corps 11 que des vis 17 assemblent au carter 18. Ces vis assurent en même temps la fixation du cylindre 1 au vilebrequin 18. Le piston 3 comporte une tige de piston creuse 19. Autour d'un tourillon 20, fixé rigidement à la tige de piston 19, peuvent tourner deux têtes 21 de deux bielles 22, tandis qu'une tige de balayeur 23, fixée rigidement au balayeur, traverse la tige de pis- ton 19 et le tourillon 20. Les bielles 22 comportent en outre deux têtes 24 qui peuvent tourner autour des manetons 25.
Entre les têtes 24 et les manetons 25 se trouvent des roulements à billes. Aux têtes 24 sont prévues des saillies 26 dans lesquelles se trouvent des manetons 27 autour desquels peuvent tourner deux têtes de bielles de balayeur 28. De l'autre côté des bielles de balayeurs 29 se trouvent des têtes 30 qui tournent toutes deux autour d'un tourillon 31 qui est fixé rigidement à la tige de balayeur 23.
Les manetons 25 de la manivelle sont disposés excentriquement sur des arbres 32 qui sont reliés entre eux par des engrenages 33. Sur ces arbres sont fixées à l'aide des vis 34 les masses d'équilibrage 35. Le carter 18 est fermé par un couvercle de sorte qu'au besoin tout le carter peut être rem- pli d'huile.
Les masses des bielles de piston 22, de la tige de piston 19, et du piston 3 sont approximativement égales aux masses des bielles de balayeur 29, de la tige de balayeur 22 et du balayeur 2, tandis que la longueur de cha- que bielle de piston 22 est approximativement égale à celle de la bielle de balayeur 29.
Le décalage entre les mouvements du balayeur et ceux du piston est évidemment déterminé par l'angle formé entre la bielle de piston 22 et la bielle de balayeur 29. Lorsque les têtes de bielle du balayeur 30 ne tournent pas autour du maneton 31 mais que ce maneton est remplacé par exem- ple par un organe fixé perpendiculairement à la tige du balayeur 23 compor- tant des manetons déplaçables autour desquels les têtes de balayeur 30 peu- vent tourner et que l'on fait en sorte que la distance de chaque maneton à l'axe de la machine soit toujours la même, on peut obtenir une variation dudit décalage d'une manière qui sera expliquée par la suite.
Les fig 2a, b. c et d donnent schématiquement les diverses posi- tions relatives du piston et du balayeur pour quatre positions des manivelles Le balayeur 2 avec tige de balayeur 23 est représenté en pointillés et le piston 3 en traits pleins. Les bielles de piston 22 ont la même longueur que les bielles de balayeur 28 et sur les figures les bielles sont assem- blées directement au piston et au balayeur.
Sur la fig. 2a. le piston oc- cupe sa position supérieure; la fig. 2b représente la position dans laquelle le piston et le balayeur se sont rapprochés au maximum, de sorte que le vo- lume de la chambre froide est minimum; sur la fig. 2c. le balayeur occupe sa
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position supérieure et sur la fig. 2d la distance entre le balayeur et le piston est maximum, de sorte que le volume de la chambre froide est maximum
Le décalage entre le mouvement du piston et celui du balayeur se déduit facilement des figures 2a; et 2g; ce décalage est égal à 1'angle compris entre la position de la manivelle sur la fig. 2a et la position de la manivelle sur la fig. 2c.
Si, à l'extrémité de la tige de balayeur, par exemple, on fixe une tige transversale perpendiculaire à ladite tige de balayeur, et si les bielles de balayeur sont reliées symétriquement de chaque côté de la tige de balayeur à cette tige transversale, le décalage est modifié en ce sens qu'il devient plus petit à mesure que la distance entre la tête de bielle du balayeur et la tige du balayeur devient plus grande. Lorsque cette dis- tance est réglable de façon continue, on dispose d'une possibilité de réglage de la puissance du moteur.
Comme le montre le dessin, les arbres 32 tournent en phase, en synchronisme et en sens opposés, tandis que le plan des axes de ces arbres est perpendiculaire à l'axe de la machine. De plus les axes des arbres 32 sont parallèles entre eux. Lorsque les masses d'équilibrage 35 ont exactement le poids requis, on obtient un équilibrage parfait, de sorte que la machine ne vibre pas,
La transmission de l'énergie mécanique de la machine peut avantageusement s'effectuer par les deux arbres, de sorte que la sollicitation des deux arbres et des parties y conjuguées est la même. Dans le cas d'emploi de la machine comme machine frigorifique, l'énergie mécanique sera, de préférence, fournie par les deux arbres.
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The invention relates to a hot gas piston machine, of the sweeper type, characterized in that the movement of the piston is transmitted by two identical connecting rods, symmetrically flanking the axis of the machine, with two identical cranks integral with two rotating crankshafts. in synchronism, in phase, and in opposite directions, whose axes, parallel to each other, symmetrically flanking the axis of the machine, are in a plane perpendicular to the axis of the machine, while at the sweeper is fixed a rod that two sweeper connecting rods, symmetrically flanking the axis of the machine, couple to the cranks.
By hot gas piston machine, it is necessary to understand a hot gas engine, a cold gas refrigeration machine or a heat pump, the latter two operating on the reverse principle to that of the gas engine. hot.
A machine equipped with an operating mechanism according to the invention can be easily balanced. In addition, the necessary offset between the movement of the sweeper and that of the piston is obtained very simply.
In an advantageous embodiment of the machine according to the invention, the piston rods are located on one side of a plane passing through the axes of the crank while the sweeper rods are located on the other side of the crank. this plan. This arrangement simplifies the construction of the machine in general and of the various connecting rod heads in particular.
The balancing of the reciprocating machine parts is further improved when, according to another embodiment of the invention, the piston rods are approximately the same length as the sweeper rods and the masses of the sweeper rods. Piston rods and reciprocating parts connected thereto are approximately equal to the masses of the connecting rods of the sweepers and reciprocating parts connected thereto. In this embodiment of the control mechanism the harmonics are substantially compensated while the first order vibrations are compensated by the balance masses.
In an advantageous embodiment of the invention, the piston rods are assembled directly to one another on the piston side and are articulated to a rod fixed to the pistono In principle, a rodless piston can be used; however, in this case, the assembly of the piston and the piston rods is more complicated. In 3: The case of using a rod attached to the piston, the coupling between the piston rods and the piston rod is much simpler. In addition, a closed chamber can be placed under the piston, so that the housing must not be under pressure.
In the machine according to the invention, the offset between the movement of the sweeper and that of the piston is obviously determined by the various dimensions of the control mechanism.
When it is desired to modify this offset, for example for the purpose of adjustment, according to an advantageous embodiment of the invention, the ends of the rods of the sweeper, opposite to the cranks, can be connected to the rod of the sweeper so that the distance between each connecting rod end and the sweeper rod is adjustable, although the two sweeper rods remain symmetrical with respect to the sweeper.
The synchronous rotation, in phase and in opposite directions, of the shafts can be obtained in several ways. The simplest embodiment according to the invention is the gear coupling of the shafts.
In one embodiment of the invention, the supply or withdrawal of mechanical energy is carried out using the two shafts.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be achieved, the particularities which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
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Fig. 1 is a sectional view of a hot gas piston engine of the sweeper type.
Figs. 2a, b, c and d schematically show the relative position of the sweeper and the piston on the one hand, and of the control mechanism on the other hand for four positions of the crank.
In the drawing, a sweeper 2 and a piston 3 can move in the cylinder 1 of a hot gas piston engine. The upper end of the cylinder is constituted by a cylinder head 4 comprising, inside the fins 5, outside the fins 6. A jacket 7 forms the separation between the fins 5 and a recuperator 8 on the one hand and the inner side of the cylinder on the other hand. In addition, in the cylinder are formed openings 9 which communicate with an enclosure in which there are fins 10 fixed to a body 11 comprising, on the outside , ribs 12; the ribs and fins form the cooling system.
The cylinder head is surrounded by a body 13 in which there is a heater 14, shown schematically. The combustion gases lick the fins 10 and, after having given up their heat, they leave the body 13 through the exhaust duct 15. The head of the cylinder 4 is fixed by screws 16 to the body 11 which screws 17 assemble to the casing. 18. These screws ensure at the same time the fixing of the cylinder 1 to the crankshaft 18. The piston 3 comprises a hollow piston rod 19. Around a journal 20, rigidly fixed to the piston rod 19, can turn two heads 21 of two connecting rods 22, while a sweeper rod 23, rigidly fixed to the sweeper, passes through the piston rod 19 and the journal 20. The connecting rods 22 further include two heads 24 which can rotate around the crankpins 25.
Between the heads 24 and the crank pins 25 are ball bearings. The heads 24 are provided with projections 26 in which there are crank pins 27 around which two heads of sweeper connecting rods 28 can turn. On the other side of the sweeper connecting rods 29 are heads 30 which both rotate around a journal 31 which is rigidly fixed to the sweeper rod 23.
The crank pins 25 of the crank are disposed eccentrically on shafts 32 which are interconnected by gears 33. On these shafts are fixed by means of screws 34 the balancing masses 35. The housing 18 is closed by a cover. so that the entire sump can be filled with oil if necessary.
The masses of piston rods 22, piston rod 19, and piston 3 are approximately equal to the masses of sweeper rods 29, sweeper rod 22, and sweeper 2, while the length of each connecting rod piston 22 is approximately equal to that of the sweeper connecting rod 29.
The offset between the movements of the sweeper and those of the piston is obviously determined by the angle formed between the piston rod 22 and the sweeper rod 29. When the rod heads of the sweeper 30 do not rotate around the crank pin 31 but that this crankpin is replaced, for example, by a member fixed perpendicular to the rod of the sweeper 23 comprising movable crankpins around which the sweeper heads 30 can turn and which is ensured that the distance from each crankpin to the axis of the machine is always the same, it is possible to obtain a variation of said offset in a manner which will be explained later.
Figs 2a, b. c and d give schematically the various relative positions of the piston and the sweeper for four positions of the cranks. Sweeper 2 with sweeper rod 23 is shown in dotted lines and piston 3 in solid lines. The piston rods 22 have the same length as the sweeper rods 28 and in the figures the rods are assembled directly to the piston and the sweeper.
In fig. 2a. the piston occupies its upper position; fig. 2b represents the position in which the piston and the sweeper have approached as much as possible, so that the volume of the cold room is minimum; in fig. 2c. the sweeper occupies his
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upper position and in fig. 2d the distance between the sweeper and the piston is maximum, so that the volume of the cold room is maximum
The offset between the movement of the piston and that of the sweeper can easily be deduced from FIGS. 2a; and 2g; this offset is equal to the angle between the position of the crank in FIG. 2a and the position of the crank in FIG. 2c.
If, at the end of the sweeper rod, for example, a transverse rod is fixed perpendicular to said sweeper rod, and if the sweeper rods are symmetrically connected on each side of the sweeper rod to this transverse rod, the offset is changed in that it becomes smaller as the distance between the sweeper connecting rod big end and the sweeper rod becomes larger. When this distance is continuously adjustable, it is possible to adjust the power of the motor.
As shown in the drawing, the shafts 32 rotate in phase, synchronism and in opposite directions, while the plane of the axes of these shafts is perpendicular to the axis of the machine. In addition, the axes of the shafts 32 are mutually parallel. When the balance weights 35 have exactly the required weight, a perfect balance is obtained, so that the machine does not vibrate,
The transmission of the mechanical energy of the machine can advantageously be effected by the two shafts, so that the stress of the two shafts and of the parts combined therein is the same. In the case of using the machine as a refrigeration machine, the mechanical energy will preferably be supplied by the two shafts.