Moteur à combustion interne et à vapeur combiné. La présente invention a pour objet un moteur à combustion interne et à vapeur combiné, qui comporte deux cylindres con tigus à pistons coulissants, se déplaçant en sens inverses, recevant, en marche normale, sur une face, l'action des gaz de détente de la combustion et, sur l'autre, celle de vapeur, et pouvant découvrir à fin de course des lumières d'échappement vapeur, en combinai son avec un tiroir unique d'admission de vapeur comprenant deux pistons-tiroirs dis posés pour découvrir des lumières de commu nication avec le côté vapeur des cylindres par leur face située du -côté de l'arrivée de vapeur, la longueur de ces pistons-tiroirs étant déterminée de faon qu'à leur face opposée,
située du côté de l'échappement, ils ne démasquent pas, en marche normale, les dites lumières de communication à l'échappe ment. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une\ forme d'exécution de l'objet de l'invention, ainsi qu'une variante de détail.
Cette forme d'exécution est représentée sur les fig. 1 à 3, la fig. 1 représentant une coupe par l'axe du tiroir, et partielle par les axes des cylindres; les fig. 2 et 3 des coupes, suivant 2 -2 et 3-3 par des plans perpen diculaires au tiroir; Les fig. 4 et 5 représentent des graphiques indicatifs des phases de la distribution;
Les fig. 6 à 8 se rapportent à un dispo sitif complémentaire permettant, pour le dé marrage, une admission de vapeur dans les chambres à combustion, la fig. 6 étant une élévation longitudinale avec coupe partielle développée suivant 6-6 de la fig. 7, la fig. 7 une coupe transversale suivant 7-7 de la fig. 6, et la fig. 8 une coupe transversale suivant 8-8 de la fig. 6 ; La fig. 9 montre une variante de détail dudit dispositif; La fig. 10 représente le schéma d'un appa reil de manoeuvre.
Il est supposé que le moteur représenté fontionne à deux temps. Les deux cylindres à combustion A, pourvus d'une chambre à eau<I>a,</I> comportent en<I>D,</I> les lumières d'échappe ment, et, en E, les lumières d'admission d'air comprimé, en I, l'appareil d'alimentation d@ combustible, tuyère ou ajutage; en 0 est disposée une soupape de décompression, pour permettre le démarrage.
Les deux cylindres A sont supposés montés sur un sommier G pourvu de noyaux g qui remplissent, avec jeu, l'intérieur des pistons creux B quand ceux-ci sont à fond de course inférieure; dans ce sommier est pratiqué le logement d'un tiroir cylindrique unique sus ceptible de distribuer de la vapeur sous les pistons B Bt.
Les tiges C des pistons B traversent le sommier G par les presse-garnitures c.
Le tiroir comprend les dispositions clas siques: deux pistons-tiroirs Ll et L2, réunis par une douille L, montés sur une tige Ii qui traverse le plateau J1, côté de la com mande, et J2, côté opposé. Les pistons se déplacent dans des fourreaux H 1 H qui présentent les lumières M1 1112 débouchant sous les faces inférieures des pistons du moteur, par les conduits in<I>et</I> lt.
Entre les deux pistons-tiroirs <I>LI</I> L2 se trouve la chambre P recevant la vapeur par la tubulure p. Les chambres extérieures Q' Q2 communiquent avec l'atmosphère par les conduits q1 q2.
Le tiroir est commandé par un mécanisme de distribution permettant de faire varier l'admission et, par suite, la détente.
En raison des grands espaces morts, le fonctionnement économique tic peut être réalisé que par une longue période de compression amenant la vapeur résiduelle à une compres sion aussi voisine que possible de la pression d'admission. Si l'admission et l'échappement de vapeur étaient, de la façon usuelle, assu rées l'une et l'autre par le tiroir, l'on aurait des phases de compression insuffisantes et variables suivant le degré d'admission.
Pour cette raison, le tiroir est ici utilisé, en marche normale, seulement pour l'admission, et les pistons-tiroirs comportent extérieurement, vers les chambres QI Q2 des recouvrements qui, en marche normale, ne démasquent pas les lumières MI M2.
L'échappement est produit directement, quand le piston est en haut de course, par le découvrement de lumières r qui communiquent avec l'atmosphère par les orifices f ; de cette faon, toute la course descendante est utilisée pour la compression, et les espaces morts sont, s'il y a lieu, artificiellement augmentés, pour que la compression à fin de course bas soit celle que l'on veut réaliser.
La fig. 4 montre, sous forme de gra phiques, les phases comparatives entre le fonctionnement usuel (diagramme R) et le fonctionnement avec les dispositions sus-dé- crites (diagramme S), dans le cas d'une admission partielle en marche normale.
Avec le dispositif usuel: r-'-r4 représente les courses du piston, r1 fond de course bas, r4 fond de course haut. Les phases se lisent dans le sens des flèches: 2.1-r2 admission, 112-r3 détente, r-3-7,1 échappement anticipé, échappement, compression, i.6-j-' admission anticipée. Pour le diagramme 8- s 1-s2 admission, ,2-s3 détente, s3-s' échap pement, s'-se compression.
La fig. 5 représente des diagrammes cor respondant à, l'admission maximum: T avec le dispositif usuel, U avec les dispositions sus-décrites. On voit que pour les cas S et U, les périodes de compression sont les mêmes, bien que les régimes de marche soient diffé rents, alors que, dans les cas R <I>et T,</I> les compressions sont différentes.
Si les grandes phases de compression sont favorables à un fonctionnement économique dans le cas envisagé de moteurs à grand espace mort, elles peuvent, par contre, gêner le démarrage de la machine, qui s'effectue par la vapeur. Avec la distribution ordinaire, schéma T, l'on a une phase d'échappement prolongée t'-i' et une faible compresssion P-t'', tandis que, avec la distribution du schéma U, la phase de compression prolongée 2c' u6 peut tendre à équilibrer l'effort moteur qui s'exerce sous le piston dans le cylindre contigu.
Les recouvrements extérieurs du tiroir sont, comme on l'a dit plus haut, déterminés de façon à tic pas découvrir les lumières en marche normale, c'est-à-dire avec une admission réduite correspondant à une course réduite du tiroir. Comme, au démarrage, l'admission maximum correspond à la course maximum du tiroir, les recouvrements extérieurs. sont en réalité déterminés pour laisser une légère ouverture lors de cette admission maximum (de 85 % par exemple);
l'ouverture étant réduite à zéro avec les admissions réduites (au-dessous de 75% par exemple), pour les- quelles la course du piston est moindre.
Dans ces conditions, au démarrage, l'échap pement se pratique pendant une partie de la course montante et la compression est de ce fait réduite.
Lorsque le moteur doit démarrer cri charge, cas d'une locomotive dans laquelle le moteur commande directement les roues (par faux essieu, balanciers, bielles etc.), l'action de la vapeur sur une seule face des pistons peut ne pas être suffisante. Les fig. 6 à 10 con cernent des dispositifs permettant de faire agir la vapeur sur les deux faces des pistons pour le démarrage, en utilisant le même dis tributeur.
A cet effet, on peut faire communiquer, par des tuyaux croisés 12 et 13, les chambres à combustion des deux cylindres, avec les conduits m de communication entre les lumières Nl <I>1</I> 11 <I>'</I> et les cylindres à vapeur; les deux extrémités de ces tuyaux 12 et 13 aboutissant à des valves permettant d'établir ou d'inter rompre la communication; ces valves pouvant être commandées à distance soit par des ti moneries, soit de préférence, par l'air com primé.
Sur la chambre à combustion, la commu nication pourra s'établir par une soupape 0 s'ouvrant à l'intérieur du cylindre (fig. 7), la fermeture de la soupape s'effectuant par un ressort 16 et son ouverture étant commandée par un piston 14 soumis l'action de l'air comprimé admis, au moment voulu, par une tubulure 15.
La fig. 9 montre une variante dans laquelle la soupape o s'ouvre vers l'extérieur, sous l'action du ressort 16, et se ferme par l'ac tion de l'air comprimé s'exergant sur le piston 14 solidaire de la soupape o. Cette disposition présente les avantages suivants: 1 La soupape o peut fonctionner- comme soupape de sureté, à condition que, pendant la marche en combustion, les tuyaux 12 et 13 soient en communication par ailleurs avec l'atmosphère.
2 Si l'air comprimé manque, cas d'une locomotive remisée, la soupape o est automa tiquement ouverte, ce qui supprime la com pression lorsque l'on veut déplacer la machine pour les besoins du service.
On a supposé précédemment que les tuyaux 12 et 13 étaient mis en communication par des valves appropriées avec les conduits m de la distribution de vapeur. Mais il y a lieu de tenir compte de l'observation suivante: Pour le démarrage par la vapeur, il convient généralement d'avoir une admission prolongée, 85% par exemple. Or, du côté combustion,
étant donné que les orifices d'échappement D correspondent à 20 ou 25 % de la course, il y aurait, pour certaines positions du piston, communication directe entre l'admission et l'échappement. II convient donc que l'admis sion de vapeur, côté combustion, soit plus courte que du côté vapeur. Il convient aussi d'assurer l'échappement, côté combustion, pendant la course ascendante da piston.
A cet effet, la communication du tuyau 13 au lieu de se faire avec le conduit m, est faite avec une chambre w, indépendante du conduit in comme on le voit sur la fig. 7.
Dans cette chambre iv débouchent des lumières T4; pratiquées dans les fourreaux H1 H2 ; le bord de ces lumières, côté admission. est reculé par rapport aux bords de M1 M2, ce qui a pour effet d'avancer le point de fermeture et de diminuer comme il convient la période d'admission.
La communication- entre la chambre<B>iv</B> et le tuyau 13 est commandée par un tiroir- valve, dont la fig. 6 montre une forme d'exé cution; une valve symétrique est disposée pour commander l'admission de vapeur au tuyau 12. Deux pistons-tiroirs conjugués, de .dia mètres différents, V et v se déplacent dans deux fourreaux 17 et 18 comportant respec tivement des lumières: Y en communication avec la chambre za, et y débouchant dans un conduit 19 ouvert à l'atmosphère. Entre les deux pistons formant différentiel V et v, dé bouche le conduit 20 relié au tuyau 13.
L'espace d'un côté du piston v est en communication permanente, par un conduit 21, avec la chambre à vapeur P.
L'espace du côté opposé du piston V peut être mis en communication, par un conduit 22, soit avec l'atmosphère, soit avec la chambre à vapeur P, au moyen d'un distributeur x-X, représenté sur la fig. 8.
Ce distributeur comprend un piston de petit diamètre x, soumis en permanence à la pression de la chambre à vapeur P, et un piston de plus grand diamètre X, pouvant être soumis, par sa face extérieure, soit à la pression atmosphérique, soit à une pression d'air comprimé émise à distance par un con duit aboutissant à la tubulure 23. L'inter valle 25 entre les pistons<I>X</I> et x commu nique avec l'atmosphère; par un conduit 24.
Normalement, la communication en 23 étant faite avec l'atmosphère, les pistons X et x occupent la position de la fig. 8; le piston x, poussé par la pression de vapeur, démasque la lumière<I>7e</I> communiquant avec le conduit 22 où il produit une émission de pression de vapeur.
Cette pression, s'exerçant sur le piston V du tiroir-valve V-v, est prépondérante à celle exercée sur v par suite de la différence des diamètres, et le piston valve V -v prend la position de la fig. 6, à savoir: Les lumières Y sont obturées par le piston V, les lumières y démasquées par le piston v; le tuyau 13 ainsi que le tuyau 12 commandé par la valve symétrique, sont mis en communication avec l'atmosphère, par l'orifice 19.
Dans ces conditions, la distribution de vapeur n'agit que dans les cylindres à va peur. Si l'on vient à ouvrir Les soupapes o, les chambres à combustion des cylindres A et A1 se trouvent mises en communication avec l'atmosphère, par l'orifice 19. Si l'on émet une pression d'air comprimé en 23, la pression sur le piston X sera pré pondérante par rapport à celle de la vapeur sur le piston x; le piston x étant refoulé démasquera la lumière k dans la chambre intermédiaire 25 communiquant, par l'orifiee 21, avec l'atmosphère.
Par le conduit 22, les pistons V étant soumis à la. pression atmosphérique, la pres sion sur les pistons v repoussera le tiroir- valve L=v qui butera en position opposée. Dans la nouvelle position, les lumières y seront obturées par le piston t^, les lumières Y démasquées par les pistons V mettront en communication le tuyau 13 avec la chambre rc.
Dans ces conditions, la distribution de vapeur s'effectuera tant au-dessus des pistons qu'au-dessous.
L'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution représentée. Ainsi, par exemple, les grands pistons V pourraient recevoir di rectement l'action de l'air comprimé arrivant par les tubulures et conduits 23, 22, au lieu d'être asservis au distributeur X x.
L'émission ah air comprimé aux tubulures 15 et 23 est commandée par un robinet de manceuvre 26 (fig. 10), pourvu d'une tubulure 27 communiquant avec un réservoir d'air et de deux tubulures 28 et 29 communiquant respectivement avec 15 et 23. Les positions <I>Z 1 Z 2</I> Z3 de ce robinet correspondent res pectivement aux différentes phases du fonc tionnement: marche normale, décompression, vapeur sur les pistons.
Combined internal combustion and steam engine. The present invention relates to a combined internal combustion and steam engine, which comprises two con tiguous cylinders with sliding pistons, moving in opposite directions, receiving, in normal operation, on one side, the action of the expansion gases of combustion and, on the other, that of steam, and being able to discover steam exhaust lights at the end of the stroke, combined with a single steam intake slide comprising two piston-drawers arranged to discover lights communication with the steam side of the cylinders by their face located on the side of the steam inlet, the length of these slide pistons being determined so that their opposite face,
located on the exhaust side, they do not unmask, in normal operation, the said exhaust communication lights. The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention, as well as a variant of detail.
This embodiment is shown in FIGS. 1 to 3, fig. 1 showing a section through the axis of the drawer, and partial through the axes of the cylinders; figs. 2 and 3 of the sections, following 2 -2 and 3-3 by planes perpendicular to the drawer; Figs. 4 and 5 represent graphs indicative of the phases of the distribution;
Figs. 6 to 8 relate to an additional device allowing, for starting, an admission of steam into the combustion chambers, FIG. 6 being a longitudinal elevation with partial section developed along 6-6 of FIG. 7, fig. 7 a transverse section along 7-7 of FIG. 6, and fig. 8 a cross section along 8-8 of FIG. 6; Fig. 9 shows a variant of detail of said device; Fig. 10 represents the diagram of a maneuvering device.
It is assumed that the engine shown is two-stroke. The two combustion cylinders A, provided with a water chamber <I> a, </I> comprise in <I> D, </I> the exhaust lights, and, in E, the exhaust lights. compressed air intake, in I, the fuel supply apparatus, nozzle or nozzle; at 0 is arranged a decompression valve, to allow starting.
The two cylinders A are assumed to be mounted on a beam G provided with cores g which fill, with play, the inside of the hollow pistons B when the latter are at the bottom end of travel; in this bed base is formed the housing of a single cylindrical drawer capable of distributing steam under the pistons B Bt.
The rods C of the pistons B pass through the bed base G via the stuffing glands c.
The drawer comprises the classic arrangements: two piston-drawers Ll and L2, joined by a sleeve L, mounted on a rod Ii which crosses the plate J1, side of the control, and J2, opposite side. The pistons move in H 1 H sleeves which have M1 1112 slots opening out under the lower faces of the engine pistons, through the in <I> and </I> lt conduits.
Between the two piston-drawers <I> LI </I> L2 is the chamber P receiving the steam through the pipe p. The outer chambers Q 'Q2 communicate with the atmosphere through the conduits q1 q2.
The spool is controlled by a distribution mechanism making it possible to vary the admission and, consequently, the trigger.
Due to the large dead spaces, economical tic operation can be achieved only by a long period of compression bringing the residual vapor to a compression as close as possible to the inlet pressure. If the steam inlet and outlet were, in the usual way, both provided by the spool, there would be insufficient compression phases which vary depending on the degree of admission.
For this reason, the drawer is used here, in normal operation, only for admission, and the piston-drawers have on the outside, towards the chambers QI Q2, covers which, in normal operation, do not unmask the lights MI M2.
The exhaust is produced directly, when the piston is at the top of the stroke, by the discovery of lights r which communicate with the atmosphere through the orifices f; in this way, the entire downstroke is used for compression, and the dead spaces are, if necessary, artificially increased, so that the compression at the bottom end of stroke is the one that is to be achieved.
Fig. 4 shows, in the form of graphs, the comparative phases between usual operation (diagram R) and operation with the arrangements described above (diagram S), in the case of partial admission in normal operation.
With the usual device: r -'- r4 represents the strokes of the piston, r1 bottom stroke end, r4 top stroke end. The phases are read in the direction of the arrows: 2.1-r2 admission, 112-r3 expansion, r-3-7.1 early exhaust, exhaust, compression, i.6-j- 'early admission. For the diagram 8- s 1-s2 intake,, 2-s3 expansion, s3-s' exhaust, s'-se compression.
Fig. 5 shows diagrams corresponding to the maximum admission: T with the usual device, U with the arrangements described above. We see that for the cases S and U, the compression periods are the same, although the operating regimes are different, whereas, in the cases R <I> and T, </I> the compressions are different.
While the large compression phases are favorable to economical operation in the envisaged case of engines with large dead space, they may, on the other hand, hamper the starting of the machine, which is carried out by steam. With the ordinary distribution, scheme T, we have a prolonged exhaust phase t'-i 'and a low compression P-t' ', while, with the distribution of scheme U, the prolonged compression phase 2c' u6 can tend to balance the driving force exerted under the piston in the adjacent cylinder.
The outer covers of the drawer are, as was said above, determined so as not to discover the lights in normal operation, that is to say with a reduced admission corresponding to a reduced stroke of the drawer. As, at start-up, the maximum admission corresponds to the maximum stroke of the spool, the outer covers. are in reality determined to leave a slight opening during this maximum admission (of 85% for example);
the opening being reduced to zero with reduced intake (below 75% for example), for which the piston stroke is less.
Under these conditions, at start-up, the escapement is practiced during part of the upstroke and the compression is thereby reduced.
When the engine must start crying load, in the case of a locomotive in which the engine directly controls the wheels (by false axle, balances, connecting rods, etc.), the action of steam on one side of the pistons may not be sufficient. . Figs. 6 to 10 relate to devices allowing the steam to act on both sides of the pistons for starting, using the same distributor.
For this purpose, the combustion chambers of the two cylinders can be made to communicate, by crossed pipes 12 and 13, with the communication ducts m between the lights Nl <I> 1 </I> 11 <I> '</ I> and the steam cylinders; the two ends of these pipes 12 and 13 leading to valves making it possible to establish or interrupt communication; these valves can be remotely controlled either by ti moneries, or preferably, by compressed air.
On the combustion chamber, communication can be established by a valve 0 opening inside the cylinder (fig. 7), the valve being closed by a spring 16 and its opening being controlled by a piston 14 subjected to the action of the compressed air admitted, at the desired moment, by a pipe 15.
Fig. 9 shows a variant in which the valve o opens outwards, under the action of the spring 16, and closes by the action of the compressed air exerted on the piston 14 integral with the valve o . This arrangement has the following advantages: 1 The valve o can function as a safety valve, provided that, during the combustion process, the pipes 12 and 13 are otherwise in communication with the atmosphere.
2 If compressed air is lacking, in the case of a parked locomotive, the valve o is automatically opened, which removes the com pressure when the machine is to be moved for service requirements.
It was previously assumed that the pipes 12 and 13 were placed in communication by appropriate valves with the pipes m of the steam distribution. However, the following observation should be taken into account: For starting with steam, it is generally necessary to have a prolonged inlet, 85% for example. However, on the combustion side,
given that the exhaust ports D correspond to 20 or 25% of the stroke, there would be, for certain positions of the piston, direct communication between the intake and the exhaust. The steam admission on the combustion side should therefore be shorter than on the steam side. It is also necessary to ensure the exhaust, on the combustion side, during the upward stroke of the piston.
To this end, the communication of the pipe 13 instead of being made with the conduit m, is made with a chamber w, independent of the conduit in as seen in FIG. 7.
In this room iv open T4 lights; made in the H1 H2 sheaths; the edge of these lights, intake side. is moved back from the edges of M1 M2, which has the effect of moving the closing point forward and appropriately decreasing the intake period.
The communication between the chamber <B> iv </B> and the pipe 13 is controlled by a valve spool, of which fig. 6 shows one embodiment; a symmetrical valve is arranged to control the admission of steam to the pipe 12. Two conjugate piston-drawers, of different diameters, V and v move in two sheaths 17 and 18 respectively comprising ports: Y in communication with the chamber za, and opening there into a duct 19 open to the atmosphere. Between the two pistons forming a differential V and v, the conduit 20 connected to the pipe 13 is released.
The space on one side of the piston v is in permanent communication, via a duct 21, with the steam chamber P.
The space on the opposite side of the piston V can be placed in communication, via a duct 22, either with the atmosphere or with the vapor chamber P, by means of a distributor x-X, shown in FIG. 8.
This distributor comprises a piston of small diameter x, permanently subjected to the pressure of the steam chamber P, and a piston of larger diameter X, which can be subjected, by its outer face, either to atmospheric pressure or to a compressed air pressure emitted remotely through a pipe terminating at the manifold 23. The gap 25 between the pistons <I> X </I> and x communicates with the atmosphere; by a duct 24.
Normally, the communication at 23 being made with the atmosphere, the pistons X and x occupy the position of FIG. 8; the piston x, pushed by the vapor pressure, unmasks the light <I> 7th </I> communicating with the duct 22 where it produces an emission of vapor pressure.
This pressure, exerted on the piston V of the valve spool V-v, is preponderant to that exerted on v as a result of the difference in diameters, and the valve piston V -v takes the position of FIG. 6, namely: The ports Y are closed by the piston V, the ports y unmasked by the piston v; the pipe 13 as well as the pipe 12 controlled by the symmetrical valve, are placed in communication with the atmosphere, through the orifice 19.
Under these conditions, the distribution of steam acts only in the fear cylinders. If the valves o are opened, the combustion chambers of cylinders A and A1 are placed in communication with the atmosphere, through port 19. If a compressed air pressure is emitted at 23, the pressure on the piston X will be preponderant with respect to that of the steam on the piston x; the piston x being pushed back will unmask the light k in the intermediate chamber 25 communicating, through the port 21, with the atmosphere.
Through conduit 22, the pistons V being subjected to the. atmospheric pressure, the pressure on the pistons v will push back the valve spool L = v which will stop in the opposite position. In the new position, the openings there will be closed by the piston t ^, the openings Y unmasked by the pistons V will put the pipe 13 in communication with the chamber rc.
Under these conditions, the distribution of steam will take place both above the pistons and below.
The invention is not limited to the embodiments shown. Thus, for example, the large pistons V could directly receive the action of the compressed air arriving via the pipes and conduits 23, 22, instead of being slaved to the distributor X x.
The compressed air emission to the pipes 15 and 23 is controlled by a maneuvering valve 26 (fig. 10), provided with a pipe 27 communicating with an air tank and two pipes 28 and 29 respectively communicating with 15 and 23. The <I> Z 1 Z 2 </I> Z3 positions of this valve correspond respectively to the different operating phases: normal operation, decompression, steam on the pistons.