Moto-compresseur pour la production d'un gaz comprimé et surchauffé. Pour la production d'un gaz comprimé et surchauffé, on connaît déjà différents pro cédés consistant à alimenter un moteur avec du gaz comburant préalablement comprimé pa.r un compresseur approprié. Dans le cas particulier où le générateur à auto-compres- sion comporte un moteur à deux temps à balayage, on peut envoyer dans le moteur, pour effectuer le balayage, la totalité du gaz comprimé dont une partie seulement est uti lisée pour la combustion.
L'excès de gaz de balayage, qui ne fait que passer dans le mo teur pour se mélanger ensuite aux gaz d'échappement, forme avec ces derniers un mélange à une température peu élevée, et enrichi calorifiquement de toute la chaleur que contiennent les gaz d'échappement.
L'on connaît également le procédé déjà indiqué dans le brevet français no 595345, consistant à rejeter à l'échappement, pen dant une partie de la course de compression du moteur, une partie du gaz comburant remplissant les cylindres du moteur, en ne faisant évoluer, dans le moteur, qu'une par tie du gaz comprimé introduit, cela de ma nière à. pouvoir réaliser ensuite une détente prolongée jusqu'à. une pression très voisine de celle de l'admission, cette condition étant favorable au bon rendement thermique ainsi qu'à l'abaissement de la température finale du mélange.
L'utilisation, pour constituer des généra teurs à auto-compression du genre en ques= Lion, de groupes moto-compresseurs à course fixe .et à liaisons cinématiques rigides entre les pistons présente des inconvénients, en. particulier celui que leur débit est fonction du régime.
Or, on connaît déjà les moto-compresseurs à pistons libres, lesquels ne permettent de faire varier la puissance qu'en faisant varier la. course et dont, par conséquent, le débit est fonction de la quantité de combustible in jectée pour une pression de refoulement donnée. La présente invention se rapporte à un moto-compresseur pour la production d'un gaz comprimé et surchauffé contenant des gaz de combustion provenant de la partie moteur et de l'air comprimé provenant de la partie compresseur du moto-compresseur, ce moto-compresseur étant caractérisé en ce qu'il est muni de pistons libres disposés pour re fouler l'air comprimé produit par leur partie compresseur, dans le cylindre moteur, hors duquel cet air comprimé s'échappe,
conjoin tement avec les gaz de combustion qui se trouvent encore à l'état comprimé, l'air com primé formant, avec ces gaz de combustion, un gaz comprimé et surchauffé.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une première forme d'exécution, qui est un moto-compresseur à deux pistons libres op posés, stabilisé par des matelas de compen sation à pression variable; La fig. 2 est un diagramme facilitant la compréhension du moto-compresseur suivant la fig. 1; La fig. 3 est une variante du moto-com- presseur suivant la fig. 1, à stabilisation par des matelas de compensation à pression cons tante;
La fig. 4 est une forme d'exécution dans laquelle la compression est faite en deux étages, avec commande mécanique de la sou pape de décharge; La fig. 5 est une autre forme d'exécution, dans laquelle l'action de la contrepression dans le moteur est compensée sur la face arrière des pistons moteurs; La fig. 6 est une autre forme d'exécution, dans laquelle les matelas de compensation, situés derrière les pistons moteurs et limités par ces derniers, sont en communication pen dant une certaine partie de. la course, avec l'air comprimé.
Pendant l'autre partie de la course, ils fonctionnent en matelas à pres sion variable; La fig. 7 représente schématiquement l'ensemble d'un dispositif de régulation que peuvent comporter les différentes formes d'exécution en fonction de la pression et du débit; La fig. 8 représente en coupe longitudi nale un moto-compresseur tandem; La fig. 9 représente un diagramme de fonctionnement de ce dernier compresseur. Le moto-compresseur suivant la fig. 1 comporte des pistons étagés opposés 1, 2 et 3, 4 dont les pistons 1 et 3 constituent les pistons moteurs et les pistons 2 et 4 les pis tons compresseurs.
L'aspiration aux capaci tés compresseurs 21, 22 se fait par des cla pets 5, et le refoulement à un réservoir d'é quilibre 7, par des clapets 6. L'arrivée de l'air comprimé au moteur se fait par des lumières 8, l'évacuation des gaz d'échappe ment et le balayage par des lumières 9, les quelles lumières 8 et 9 sont successivement découvertes par les pistons 1 et 3.
La marche stable du moto-compresseur est réalisée par des matelas de compensation dans des capacités cylindriques 10, où cou lissent des pistons 11 solidaires des pistons 1, 2 et 3, 4.
Dans une chambre 12, communiquant par des lumières 13 avec le cylindre moteur 15, une soupape 14, disposée entre les lumières 8 et 9, à proximité des lumières 9, permet d'établir la communication entre le cylindre 15 et la tuyauterie d'échappement 16. Cette soupape 14 est disposée pour être comman dée par la pression régnant dans le cylindre de compression. A cet effet, il est prévu un piston 17, dont la face supérieure est en com munication avec la capacité compresseur 22 par l'intermédiaire d'un conduit 23 et d'une soupape de retenue 24. La soupape 14 est maintenue ouverte pendant le début de la période de compression, de sorte que la course de compression proprement dite est diminuée par rapport à la course de détente.
Un orifice calibré 60 établit une communi cation directe entre le conduit 23 et la face supérieure du piston 17. La soupape 14 est rappelée par un ressort 18. Une tringlerie 19, destinée à être commandée à la main, permet d'ouvrir à volonté la soupape 14. L'air comprimé, avant son entrée dans le moteur, peut être refroidi dans un échan geur 20.
Sur la fig. ?,<I>A, B, C, D</I> est un dia gramme compresseur, et E, F,<I>G, H, I. J,</I> le diagramme moteur correspondant.
Le fonctionnement du moto-compresseur venant < l'être décrit est le suivant: Suivant les fi-. 1 et 2, l'air atmosphéri que, comprimé dans les capacités compres seurs 21 et 22, passe dans le réservoir d'équi libre 7 à la. sortie duquel il peut être re froidi dans l'échangeur 20, puis il pénètre dans le moteur par les lumières 8, découver tes à fond de course par le piston 3. Il balaie les gaz de combustion qui s'évacuent avec lui dans la tuyauterie 16, par les lumières d'é chappement 9 découvertes par le piston 1.
Le mélange d'air de balayage et de gaz d'échappement est dirigé par la tuyauterie 1.6 vers le récepteur d'énergie.
Les matelas supplémentaires formés dans les capacités 10 restituent aux pistons 11 une énergie d'autant plus forte que la course de ces derniers est plus grande alors que l'éner- gi.e fournie par les matelas usuels d'espaces morts est au contraire d'autant plus faible que la course est. plus grande, puisque l'é nergie des matelas d'espaces morts est inver sement proportionnelle à la course de refou lement des compresseurs.
Quand les pistons 1 et 3 se rapprochent, obturant les lumières 8 et 9, l'air continue à être évacué par la soupape 14, jusqu'à ce (lue les lumières 13 soient recouvertes. En effet, la, face supérieure du piston 17 est toujonr,# soumise à la pression maxima de refoulement dans la. capacité 22, grâce au jeu du clapet 24, qui se ferme dès que la. pression diminue en 22. La soupape 14 est maintenue ouverte pendant un temps suffi sant pour que le piston 1 recouvre les lu mières 13.
Au delà de ce temps, la face su périeure du piston 17 est soumise à une pre.;- sioii sensiblement égale à la pression régnant en '22 par le jeu de l'orifice calibré 60, qui a simplement établi un retard à l'équilibre des pressions. Jusqu'à la fermeture des orifices 13 par le piston 1, le fluide chassé par le rappro chement des pistons 1 et 3 est évacué à la tuyauterie 16 d'échappement (E-F du dia gramme), et la compression moteur F-G ne commence que lorsque les orifices 13 sont recouverts.
Les orifices 13 sont disposés du côté des lumières d'échappement, de manière que l'on évacue par ces orifices 13, au début de la course de compression du moteur, du fluide susceptible de contenir encore des gaz brûlés.
Au point mort intérieur ont lieu l'injec tion et l'inflammation augmentant la pres sion G-H, et la détente I-J se prolonge jus qu'à l'ouverture des lumières d'échappement 9, car, lorsque le piston 1 découvre à nou veau les lumières 13, la pression régnant dans le cylindre 15, dont l'action s'ajoute à celle du ressort 18, maintient fermée la, soupape 14. Celle-ci ne s'ouvre qu'au voi sinage du point mort extérieur, quand la pression dans le cylindre moteur est égale à la pression d'aspiration.
La. compression réalisée dans le cylindre 22 peut être aussi bien polytropique que sen siblement isotherme (par exemple en injec tant, de la manière connue, de l'eau pendant la compression). Dans ce dernier cas, l'air comprimé peut être envoyé tel quel au mo teur, ou avantageusement réchauffé dans le réservoir intermédiaire 7.
Dans la variante suivant la fig. 3, le matelas de compensation 62, au lieu d'être un matelas fermé, est en communication cons tante avec le réservoir 63.
Ici, l'énergie complémentaire compensa trice pour assurer le retour des pistons est fournie par le travail de la pression cons tante du réservoir agissant sur les pistons 61. Cette énergie étant proportionnelle au déplacement des pistons, varie avec la course en sens inverse de l'énergie de détente des matelas d'espaces morts et peut, par con séquent, en se juxtaposant avec cette dernière énergie, assurer le retour correct des pistons quelle que soit la valeur de la course.
Dans le moto-compresseur suivant la fig. 4, la compression de l'air est réalisée en deux étages par des pistons étagés 25, 26, 27, se déplaçant dans les cylindres 28, 29, 30, le cylindre.28 étant le cylindre moteur, 29 une capacité de premier étage de com pression, 30 une capacité :de deuxième étage de compression.
L'air comprimé en 29 est emmagasiné -dans un réservoir 31, où il peut être refroidi, recomprimé en 30, et refoulé au cylindre moteur par des tuyauteries 32 et des lumiè res 33. Une soupape 34, solidaire d'un pis ton 35, est commandée indirectement par un cylindre 36, coulissant sur le piston 35, et par l'intermédiaire d'un ressort 37, prenant appui sur un plateau de la soupape et sur le cylindre. Un ressort antagoniste 38 tend à refermer la soupape. Le cylindre 36 est commandé mécaniquement par un basculeur 39, basculant sous l'impulsion que lui trans met une came coulissante 40 solidaire des pistons 25, 26, 27.
La soupape 34, située vers le milieu du cylindre, dans une cham bre 41, communiquant avec le cylindre 28 par des orifices 42 et avec la tuyauterie d'é chappement 43, établit par son ouverture une communication directe entre le cylindre 28 et la tuyauterie 43.
L'air aspiré dans l'atmosphère est com primé dans les capacités de premier étage 29, refroidi dans les réservoirs 31, recom- primé dans les capacités de deuxième étage 30, refoulé au moteur par les tuyauteries 32 et les lumières 33, pour être évacué, ainsi que les gaz d'échappement, par les orifices 44 et être dirigé vers le récepteur.
Le moto-compresseur suivant la fig. 4, à compression en-plusieurs étages, présente les avantages connus de nécessiter moins de travail pour produire la compression, et d'a baisser la température du cycle.
L'évolution du gaz dans le moteur est la suivante: En partant du point mort extérieur, les pistons moteurs se rapprochent, les orifices d'échappement 44 sont fermés par le piston 45, la soupape 34 est fermée par la came 40, la compression du fluide commence. Pendant la course suivante, la soupape 34 reste fer mée jusqu'à la fin de la course de détente, malgré la position de la came 40, laquelle a amené le basculeur 39 à pousser le cylindre 36 et à comprimer le ressort 37, dont l'ac tion sur la soupape 34 est annulée par la tension du ressort antagoniste 38.
L'action de la pression régnant dans le cylindre 28, majorée de la tension du ressort 38, domine sur la soupape 34 l'action de la pression d'air existant entre le piston 35 et le cylin dre 36, majorée de la tension du ressort 37.
Il en résulte que, jusqu'à l'ouverture des lumières d'échappement 44, la soupape 34 reste fermée, permettant la prolongation de la détente.
Dans la forme d'exécution de la fig. 5. qui n'est qu'une variante de la forme d'exé cution représentée à. la fig. 1, le réservoir 50 est mis en communication constante avec les faces arrière 52 et 51 des pistons mo teurs, lesquels sont reliés aux pistons com presseurs par des tiges 53 et 54.
Ici, la surpression régnant sur la face avant des pistons moteurs, du fait de l'ali mentation du moteur par de l'air comprimé. est compensée par la même surpression sur la face arrière desdits pistons.
Cette forme d'exécution permet de rô- duire les dimensions des matelas de compen sation en les ramenant aux mêmes dimen sions que celles qui correspondraient à un moto-compresseur à pistons libres .dont le moteur serait alimenté par de l'air à la pres sion normale de balayage.
Dans le moto-compresseur de la fig. 6., les, matelas de compensation 70 et 71 sont situés derrière les pistons moteurs 72 et 75. Suivant leur position, lesdits pistons met tent en communication les matelas 70 et 71 avec les tuyauteries d'admission d'air ou d'é chappement 16 et<B>76,</B> par l'intermédiaire des lumières d'admission et d'échappement 73 et 74. Quand les pistons 72 et 75 ont fermé <B>la</B> communication avec les tuyauteries 16 et 76, les matelas 70 et 71 fonctionnent comme matelas indépendants à pression variable.
On conçoit que la combinaison du matelas à pression constante et du matelas à pres sion variable permet, suivant les dimensions établies pour les pistons moteurs, de réali ser une compensation plus rigoureuse pour les différentes pressions de refoulement.
Dans tous les moto-compresseurs décrits, lorsque les réservoirs sont vides, la partie. moteur est alimentée par de l'air à une pres sion voisine de la pression ambiante. Le dé marrage est grandement facilité par la dimi nution de la pression moyenne et par la di minution de la masse à comprimer, facile ment obtenue en agissant sur la soupape de vidange.
Dans le dispositif de réglage représenté en fi-. 7, un piston 80, mobile dans un cy lindre 81, reçoit par sa face avant la pres sion du gaz comprimé et surchauffé à l'en trée du récepteur, et par sa face arrière l'ac tion d'un ressort antagoniste 82, augmentée de la pression transmise par un conduit 89. Une tige 83 de ce piston commande, par l'in termédiaire d'une biellette 86, une tige 87 qui commande le débit de la pompe d'injec tion. Un autre piston 90, mobile dans un cylindre 91, reçoit par sa face avant la pres sion du gaz à, l'entrée du récepteur, arrivant par un conduit 9? et une chambre 93, et par sa face arrière l'action d'un ressort anta goniste 94. La tige 96 de ce piston com mande l'extrémité inférieure d'un levier 85.
Dans la chambre 93 est disposée une sou pape 97, rappelée par un ressort 98. Un le vier 99, articulé sur un point fixe 100, est commandé par l'intermédiaire d'un ressort 102 par un autre levier 101, sur lequel agit, soit un régulateur, soit la main de l'opéra teur. Sur le levier 99 est articulée la tige 103 d'un piston 104 coulissant dans une par tie cylindrique 107 du cylindre 91, laquelle partie cylindrique 107 présente un orifice 108 déeouvrable par le piston 104. La tige 96 du piston 90 commande en outre, par un levier à fourche 105, le déplacement d'une came <B>106</B> de commande de la pompe à injec- tion sur son arbre cannelé 107'.
Cette came présente une surface telle que, suivant son déplacement, l'injection a lieu plus ou moins tôt.
Le fonctionnement du dispositif de ré glage venant d'être décrit est le suivant: Au démarrage, la soupape 97 étant ou verte, le piston 90 occupe sa position ex trême gauche, et le piston 80 sa position normale. Au fur et à mesure que la pres sion augmente, le piston 90 se déplace vers la droite, augmentant la quantité d'injection jusqu'au moment où, ayant atteint la pres sion de fonctionnement imposée par le régu lateur, la soupape 9 7 se ferme sous l'action de la pression sur le piston 104 agissant sur le levier 99.
Si la pression à l'entrée du récepteur con tinue à augmenter, le piston 80 se déplace vers la gauche, diminuant la quantité de combustible injectée, jusqu'au moment où l'équilibre entre la production et la demande se trouve atteint.
Si la pression à l'entrée du récepteur di minue par suite d'une production insuffi sante, le piston 80 se déplace vers la droite, entraînant une augmentation de la quantité de combustible injectée jusqu'au débit maxi mum correspondant à la pression de tarage.
La pression de marche est réglée soit à la main par le levier 101 agissant sur<B>le</B> ressort 102, soit sous l'influence d'un régu lateur actionné par le récepteur. Une aug mentation de la pression fait basculer le le vier dans le sens -I-, et augmente la ten sion du ressort 102, la soupape 97 s'ouvre et laisse passer l'air à une pression légère ment plus haute dans le cylindre 91; le pis ton 90 se déplace vers la droite, et augmente la quantité de combustible injectée. Il s'en suit une augmentation de la puissance mo trice, qui se traduit par une augmentation de pression à l'entrée du récepteur.
Cette nouvelle pression ferme la soupape 97 et le nouveau régime de marche se trouve établi.
Si le régulateur demande une diminution de la pression de marche, le ressort 102 se détend et le piston 104 est poussé vers le bas, découvrant l'orifice de décharge 108; la pression baisse sur les faces arrière des deux pistons 80 et 90, lesquels pistons, en se dé plaçant vers la gauche, diminuent la quan tité de combustible injectée.
Les déplacements de la came 106 corres pondant aux déplacements du piston 90 sont tels que l'injection est retardée quand la pression de fonctionnement augmente. Dans ce cas, l'inflammation a toujours lieu dans de bonnes conditions, grâce à l'augmentation de la pression dans le moteur, et la combus tion a lieu davantage à pression constante, sans que la pression maxima ait beaucoup à varier.
Dans les différents moto-compresseurs décrits, la régulation du débit de l'air com primé est réalisée à pression constante par la variation de la quantité de combustible injectée, la variation d'énergie motrice ayant nour conséquence une variation automatique ifi- la course, et, par conséquent, une varia- tion concomitante du débit.
Bien entendu, les dispositifs particuliers de commande de la soupape de décharge peuvent s'appliquer à l'un quelconque des moto-compresseurs décrits, ainsi que le dis positif particulier de compensation de pres sion sur les faces avant et arrière des pistons moteurs représentés fig. 5.
Il en est de même des différents systèmes de stabilité et de la compression en plusieurs étages, qui peuvent s'appliquer à l'un quel conque des cas représentés aux dessins an nexés.
Dans tout ce qui vient d'être dit, il n'a été question que de moto-compresseurs sim ples. Or, chaque moto-compresseur ne débite de l'air comprimé que pendant une partie de sa course motrice.
En couplant les moto-compresseurs, par exemple suivant les dispositions dites en tan dem, chaque course est motrice et le débit de l'air comprimé devient plus régulier. Toute fois, la durée du refoulement ne saurait que difficilement atteindre<B>50%</B> de la durée to tale du cycle. Dans certaines applications de l'air comprimé, en particulier lorsque ledit fluide doit alimenter un récepteur, il est très important que le débit à l'entrée du récep teur soit régulier, surtout si ledit récepteur est constitué par une turbine. Les réservoirs intermédiaires, généralement employés pour régulariser le débit, doivent être de grande capacité.
Le fait de brancher plusieurs gé nérateurs sur le même réservoir ne permet pas d'en réduire le volume, en raison de l'ab sence de synchronisation entre les généra teurs indépendants qui ne sauraient fonc tionner avec certitude à déphasage rigoureu sement constant.
Par l'utilisation et l'agencement judicieux des moto-générateurs de fluide comprimé, couplés avantageusement en tandem, on peut obtenir un débit continu et sans saccades du fluide comprimé, directement utilisable dans des récepteurs, augmenter la puissance spé cifique desdits appareils et améliorer leur rendement.
Dans la forme d'exécution représentée en fig. 8, deux groupes de pistons étagés 109, 110 et 11l., 112, respectivement. reliés par des tiges rigides 115 et 116, se déplacent dans des cylindres moteurs 113 et 114 et dans des cylindres compresseurs 117, 118, l.19, 120, le groupe 1(l9, 110 se déplaçant en sens inverse du groupe 111, 112. L'air -comprimé dans les cylindres 117, 118, 119, 120 est refoulé dans un réservoir 121 pour être envoyé dans les cylindres moteurs 113, 114 où il pénètre par des lumières 122. L'échappement se fait par des lumières 123 dans un collecteur 124.
Pendant la première partie de la course non motrice, l'ouverture des soupapes 126 permet à une certaine quantité d'air comprimé d'être évacuée dans le conduit 124 par des lumières 125.
Le diagramme de la fig. 9 _montre que si les lumières 122, 123 et 125 sont convena blement dimensionnées, il peut régner, dans le conduit d'échappement 124, une pression constante. Sur ledit diagramme,<I>AB,</I> A'B' représentent les phases de compression dans les cylindres moteurs 114 et 113,<I>CD,</I> C'D' les phases de détente prolongées jusqu'à la pression d'alimentation;<I>DE,</I> D'E', les phase d'échappement.
La condition d'obtenir une détente pro longée, sans dépasser une certaine pression correspondant à une température en fin de détente imposée par la bonne tenue des or ganes du récepteur, amène à commencer la compression dans le moteur plus tard que (laits un cycle avec alimentation à la pres sion ambiante, en refoulant dans le conduit d'échappement une quantité déjà introduite dans les cylindres moteurs et à la même pression que la pression d'alimentation (par tie D A du diagramme).
Un maintiendra. une pression constante dans la tuyauterie d'échappement si, au mo ment où commence la compression dans l'un des cylindres moteurs (.4) par suite de la fermeture des orifices 125 ou de la sou pape 126, l'échappement commence dans le deuxième cylindre moteur ou même s'il est déjà commencé. Grâce à, la symétrie des deux moteurs, la pression sera maintenue cons tante. dans le conduit d'échappement jusqu'au point r1', l'échappement du premier moteur étant alors ouvert depuis le point D, la pres sion dans le conduit d'échappement sera ainsi maintenue constante pendant toute la durée dit cycle.
La température du mélange gazeux à l'entrée du récepteur est limitée par la tenue des organes de ce dernier.
Pour une marche momentanée, l'on peut aénèra.lement admettre une température su- périeure à la température normale de fonc tionnement qui, par prudence, a été choisie nettement inférieure à la température dan- ,gereuse.
En admettant une température plus éle vée pour le mélange, l'on pourrait augmen ter notablement la puissance en générateur, en évacuant moins d'air pendant la première partie de la course de compression du mo teur. La quantité de comburant évoluant dans le moteur étant plus importante, l'on peut également augmenter la quantité de combustible et, par conséquent., la puissance du récepteur. La commande de réglage<B>19</B> (fig. 1<B>)</B> de la. soupape 18 permet, à. cet effet, de limiter à volonté la quantité d'air évacué pendant la première partie de la course de compression du moteur.
Motor-compressor for the production of compressed and superheated gas. For the production of a compressed and superheated gas, various processes are already known which consist in supplying an engine with oxidizing gas previously compressed by a suitable compressor. In the particular case where the self-compression generator comprises a scavenging two-stroke engine, it is possible to send into the engine, in order to perform the scavenging, all of the compressed gas, only part of which is used for combustion.
The excess purge gas, which only passes through the engine to then mix with the exhaust gases, forms with the latter a mixture at a low temperature, and calorically enriched with all the heat contained in the gases. exhaust.
We also know the process already indicated in French Patent No. 595345, consisting in rejecting to the exhaust, during part of the compression stroke of the engine, a portion of the oxidant gas filling the cylinders of the engine, by not making evolve, in the engine, that a part of the compressed gas introduced, that of manner. then be able to achieve an extended relaxation up to. a pressure very close to that of the inlet, this condition being favorable to good thermal efficiency as well as to lowering the final temperature of the mixture.
The use, to constitute self-compression generators of the type in ques = Lion, of fixed stroke motor-compressors groups. And rigid kinematic connections between the pistons has drawbacks. particularly that their flow depends on the regime.
However, motor-compressors with free pistons are already known, which only allow the power to be varied by varying the. stroke and, therefore, the flow rate is a function of the quantity of fuel injected for a given discharge pressure. The present invention relates to a motor-compressor for the production of a compressed and superheated gas containing combustion gases coming from the engine part and compressed air coming from the compressor part of the motor-compressor, this motor-compressor being characterized in that it is provided with free pistons arranged to re-press the compressed air produced by their compressor part, into the engine cylinder, out of which this compressed air escapes,
together with the combustion gases which are still in the compressed state, the compressed air together with these combustion gases forming a compressed and superheated gas.
The appended drawings represent, by way of example, several embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 is a longitudinal section of a first embodiment, which is a motor-compressor with two op posed free pistons, stabilized by variable pressure compensation mattresses; Fig. 2 is a diagram making it easier to understand the motor-compressor according to FIG. 1; Fig. 3 is a variant of the motor-compressor according to FIG. 1, stabilized by constant pressure compensation mattresses;
Fig. 4 is an embodiment in which the compression is done in two stages, with mechanical control of the relief valve; Fig. 5 is another embodiment, in which the action of the back pressure in the engine is compensated for on the rear face of the engine pistons; Fig. 6 is another embodiment, in which the compensation mattresses, located behind the driving pistons and limited by the latter, are in communication during a certain part of. running, with compressed air.
During the other part of the race, they operate as a variable pressure mattress; Fig. 7 schematically shows the whole of a regulation device that the different embodiments may include as a function of the pressure and the flow rate; Fig. 8 shows in longitudinal section a tandem motor-compressor; Fig. 9 shows an operating diagram of the latter compressor. The motor-compressor according to fig. 1 comprises opposed staged pistons 1, 2 and 3, 4 of which the pistons 1 and 3 constitute the driving pistons and the pistons 2 and 4 the compressor udders.
The suction to the compressor capacities 21, 22 is done by valves 5, and the delivery to an equilibrium tank 7, by valves 6. The arrival of the compressed air to the engine is done by ports. 8, the evacuation of the exhaust gases and the scanning by openings 9, which openings 8 and 9 are successively discovered by the pistons 1 and 3.
The stable operation of the motor-compressor is achieved by compensating mattresses in cylindrical capacities 10, in which run pistons 11 integral with pistons 1, 2 and 3, 4.
In a chamber 12, communicating through lights 13 with the engine cylinder 15, a valve 14, arranged between the ports 8 and 9, near the ports 9, makes it possible to establish communication between the cylinder 15 and the exhaust pipe. 16. This valve 14 is arranged to be controlled by the pressure prevailing in the compression cylinder. For this purpose, a piston 17 is provided, the upper face of which is in communication with the compressor capacity 22 via a duct 23 and a check valve 24. The valve 14 is kept open during the operation. start of the compression period, so that the actual compression stroke is reduced relative to the rebound stroke.
A calibrated orifice 60 establishes direct communication between the conduit 23 and the upper face of the piston 17. The valve 14 is biased by a spring 18. A linkage 19, intended to be controlled by hand, allows the valve to be opened at will. valve 14. The compressed air, before entering the engine, can be cooled in an exchanger 20.
In fig. ?, <I> A, B, C, D </I> is a compressor diagram, and E, F, <I> G, H, I. J, </I> the corresponding motor diagram.
The operation of the motor-compressor coming <being described is as follows: According to the fi. 1 and 2, the atmospheric air, compressed in the compressor capacities 21 and 22, passes into the equi free tank 7 to the. outlet of which it can be re-cooled in the exchanger 20, then it enters the engine through the slots 8, discover your full stroke by the piston 3. It sweeps the combustion gases which are evacuated with it in the piping 16, by the exhaust ports 9 uncovered by the piston 1.
The mixture of purging air and exhaust gas is directed through pipe 1.6 to the energy receiver.
The additional mattresses formed in the capacities 10 restore to the pistons 11 an energy which is all the stronger as the stroke of the latter is greater, while the energy supplied by the usual dead space mattresses is, on the contrary, d 'as much weaker than the race is. larger, since the energy of the dead space mattresses is inversely proportional to the discharge stroke of the compressors.
When the pistons 1 and 3 approach, closing the ports 8 and 9, the air continues to be evacuated by the valve 14, until the ports 13 are covered. Indeed, the upper face of the piston 17 is always, # subjected to the maximum discharge pressure in the. capacity 22, thanks to the play of the valve 24, which closes as soon as the pressure decreases in 22. The valve 14 is kept open for a sufficient time for the piston 1 covers the lights 13.
Beyond this time, the upper face of the piston 17 is subjected to a pre.; - sioii substantially equal to the pressure prevailing at '22 by the clearance of the calibrated orifice 60, which has simply established a delay at the pressure balance. Until the orifices 13 are closed by the piston 1, the fluid expelled by the approximation of the pistons 1 and 3 is discharged to the exhaust pipe 16 (EF of the diameter), and the engine compression FG does not begin until the orifices 13 are covered.
The orifices 13 are arranged on the side of the exhaust ports, so that, through these orifices 13, at the start of the compression stroke of the engine, fluid capable of still containing burnt gases is discharged.
At internal dead center, the injection and ignition take place, increasing the pressure GH, and the expansion IJ continues until the opening of the exhaust ports 9, because, when the piston 1 discovers again the ports 13, the pressure prevailing in the cylinder 15, the action of which is added to that of the spring 18, keeps the valve 14 closed. This valve opens only at the vicinity of the external dead center, when the pressure in the engine cylinder is equal to the suction pressure.
The compression carried out in the cylinder 22 can be both polytropic and substantially isothermal (for example by injecting, as is known, water during the compression). In the latter case, the compressed air can be sent as it is to the engine, or advantageously heated in the intermediate tank 7.
In the variant according to FIG. 3, the compensation mattress 62, instead of being a closed mattress, is in constant communication with the reservoir 63.
Here, the complementary compensating energy to ensure the return of the pistons is provided by the work of the constant pressure of the reservoir acting on the pistons 61. This energy being proportional to the displacement of the pistons, varies with the stroke in the opposite direction of the The relaxation energy of the dead space mattresses and can, therefore, by juxtaposing with this latter energy, ensure the correct return of the pistons whatever the value of the stroke.
In the motor-compressor according to fig. 4, the compression of the air is carried out in two stages by stepped pistons 25, 26, 27, moving in the cylinders 28, 29, 30, the cylinder 28 being the engine cylinder, 29 a first stage capacity of com pressure, 30 a capacity: of second compression stage.
The compressed air in 29 is stored in a reservoir 31, where it can be cooled, recompressed in 30, and delivered to the engine cylinder by pipes 32 and lights 33. A valve 34, integral with a udder 35 , is controlled indirectly by a cylinder 36, sliding on the piston 35, and by means of a spring 37, bearing on a valve plate and on the cylinder. A counter spring 38 tends to close the valve. The cylinder 36 is mechanically controlled by a rocker 39, rocking under the impulse transmitted to it by a sliding cam 40 integral with the pistons 25, 26, 27.
The valve 34, located towards the middle of the cylinder, in a chamber 41, communicating with the cylinder 28 through orifices 42 and with the exhaust pipe 43, establishes by its opening a direct communication between the cylinder 28 and the pipe 43.
The air sucked into the atmosphere is compressed in the first stage capacities 29, cooled in the tanks 31, recompressed in the second stage capacities 30, returned to the engine through the pipes 32 and the ports 33, to be evacuated, as well as the exhaust gases, through the orifices 44 and be directed towards the receiver.
The motor-compressor according to fig. 4, with multistage compression, has the known advantages of requiring less labor to produce the compression, and of lowering the cycle temperature.
The evolution of the gas in the engine is as follows: Starting from the external dead center, the engine pistons come closer, the exhaust ports 44 are closed by the piston 45, the valve 34 is closed by the cam 40, the compression fluid begins. During the next stroke, the valve 34 remains closed until the end of the expansion stroke, despite the position of the cam 40, which caused the rocker 39 to push the cylinder 36 and to compress the spring 37, of which the The action on the valve 34 is canceled by the tension of the counter spring 38.
The action of the pressure prevailing in the cylinder 28, increased by the tension of the spring 38, dominates on the valve 34 the action of the air pressure existing between the piston 35 and the cylinder 36, increased by the tension of the spring 37.
It follows that, until the opening of the exhaust ports 44, the valve 34 remains closed, allowing the extension of the expansion.
In the embodiment of FIG. 5. which is only a variant of the embodiment shown in. fig. 1, the reservoir 50 is placed in constant communication with the rear faces 52 and 51 of the motor pistons, which are connected to the compressor pistons by rods 53 and 54.
Here, the overpressure prevailing on the front face of the engine pistons, due to the supply of the engine by compressed air. is compensated by the same overpressure on the rear face of said pistons.
This embodiment makes it possible to reduce the dimensions of the compensation mattresses by reducing them to the same dimensions as those which would correspond to a motor-compressor with free pistons, the engine of which would be supplied with air at the pressure. normal scan.
In the motor-compressor of fig. 6., the compensation mattresses 70 and 71 are located behind the driving pistons 72 and 75. Depending on their position, said pistons put the mattresses 70 and 71 in communication with the air intake or exhaust pipes. 16 and <B> 76, </B> through the intake and exhaust ports 73 and 74. When the pistons 72 and 75 have closed <B> the </B> communication with the pipes 16 and 76, mattresses 70 and 71 function as independent variable pressure mattresses.
It will be understood that the combination of the constant pressure mattress and the variable pressure mattress makes it possible, depending on the dimensions established for the motor pistons, to achieve more rigorous compensation for the different delivery pressures.
In all the motor-compressors described, when the tanks are empty, the part. The motor is supplied with air at a pressure close to ambient pressure. Starting is greatly facilitated by the reduction in the average pressure and by the reduction in the mass to be compressed, easily obtained by acting on the drain valve.
In the adjustment device shown in fi-. 7, a piston 80, movable in a cylinder 81, receives by its front face the pressure of the compressed and superheated gas at the input of the receiver, and by its rear face the action of a counter spring 82, increased by the pressure transmitted by a conduit 89. A rod 83 of this piston controls, by means of a rod 86, a rod 87 which controls the flow rate of the injection pump. Another piston 90, movable in a cylinder 91, receives by its front face the pressure of the gas at the inlet of the receiver, arriving via a duct 9? and a chamber 93, and by its rear face the action of an antagonist spring 94. The rod 96 of this piston controls the lower end of a lever 85.
In the chamber 93 is disposed a valve 97, returned by a spring 98. A lever 99, articulated on a fixed point 100, is controlled by means of a spring 102 by another lever 101, on which acts, either a regulator or the hand of the operator. On the lever 99 is articulated the rod 103 of a piston 104 sliding in a cylindrical part 107 of the cylinder 91, which cylindrical part 107 has an orifice 108 which can be released by the piston 104. The rod 96 of the piston 90 also controls, by a fork lever 105, the movement of a cam <B> 106 </B> for controlling the injection pump on its splined shaft 107 '.
This cam has a surface such that, depending on its movement, the injection takes place more or less early.
The operation of the adjustment device which has just been described is as follows: On start-up, the valve 97 being or green, the piston 90 occupies its extreme left position, and the piston 80 its normal position. As the pressure increases, the piston 90 moves to the right, increasing the amount of injection until the moment when, having reached the operating pressure imposed by the regulator, the valve 9 7 is activated. closes under the action of pressure on piston 104 acting on lever 99.
If the pressure at the inlet of the receiver continues to increase, the piston 80 moves to the left, reducing the quantity of fuel injected, until the moment when the equilibrium between production and demand is reached.
If the pressure at the inlet of the receiver decreases as a result of insufficient production, the piston 80 moves to the right, causing an increase in the quantity of fuel injected up to the maximum flow rate corresponding to the calibration pressure .
The operating pressure is regulated either by hand by the lever 101 acting on <B> the </B> spring 102, or under the influence of a regulator actuated by the receiver. An increase in pressure causes the lever to swing in the -I- direction, and increases the tension of the spring 102, the valve 97 opens and allows air to pass at a slightly higher pressure in the cylinder 91 ; the udder 90 moves to the right, and increases the quantity of fuel injected. This results in an increase in motor power, which results in an increase in pressure at the inlet of the receiver.
This new pressure closes valve 97 and the new operating speed is established.
If the regulator calls for a decrease in operating pressure, the spring 102 expands and the piston 104 is pushed down, exposing the relief port 108; the pressure drops on the rear faces of the two pistons 80 and 90, which pistons, by moving to the left, reduce the quantity of fuel injected.
The movements of the cam 106 corresponding to the movements of the piston 90 are such that the injection is delayed when the operating pressure increases. In this case, ignition always takes place under good conditions, thanks to the increase in pressure in the engine, and combustion takes place more at constant pressure, without the maximum pressure having to vary much.
In the various motor-compressors described, the flow rate of the compressed air is regulated at constant pressure by varying the quantity of fuel injected, the variation of the motive power having resulted in an automatic variation if the stroke, and, therefore, a concomitant change in flow rate.
Of course, the particular devices for controlling the discharge valve can be applied to any of the motor-compressors described, as well as the particular pressure compensation device on the front and rear faces of the motor pistons shown in fig. . 5.
The same is true of the various systems of stability and of compression in several stages, which can be applied to any of the cases shown in the appended drawings.
In all that has just been said, only simple motor-compressors have been mentioned. However, each motor-compressor only delivers compressed air during part of its driving stroke.
By coupling the motor-compressors, for example according to the so-called tan dem arrangements, each stroke is driving and the flow of compressed air becomes more regular. However, the duration of the repression can hardly reach <B> 50% </B> of the total duration of the cycle. In certain applications of compressed air, in particular when said fluid has to supply a receiver, it is very important that the flow rate at the inlet of the receiver is regular, especially if said receiver consists of a turbine. Intermediate tanks, generally used to regulate the flow, must be of large capacity.
The fact of connecting several generators to the same tank does not make it possible to reduce its volume, because of the absence of synchronization between the independent generators which cannot function with certainty at a strictly constant phase shift.
By the use and the judicious arrangement of the motor-generators of compressed fluid, coupled advantageously in tandem, one can obtain a continuous flow and without jerks of the compressed fluid, directly usable in receivers, to increase the specific power of the aforementioned devices and to improve their performance.
In the embodiment shown in FIG. 8, two groups of stepped pistons 109, 110 and 11l., 112, respectively. connected by rigid rods 115 and 116, move in engine cylinders 113 and 114 and in compressor cylinders 117, 118, l.19, 120, group 1 (l9, 110 moving in the opposite direction of group 111, 112 The air-compressed in the cylinders 117, 118, 119, 120 is forced back into a reservoir 121 to be sent to the engine cylinders 113, 114 where it enters through ports 122. The exhaust takes place through ports 123 in a collector 124.
During the first part of the non-driving stroke, the opening of the valves 126 allows a certain quantity of compressed air to be discharged into the duct 124 through openings 125.
The diagram in fig. 9 _shows that if the slots 122, 123 and 125 are suitably sized, there can be a constant pressure in the exhaust duct 124. On said diagram, <I> AB, </I> A'B 'represent the compression phases in the engine cylinders 114 and 113, <I> CD, </I> C'D' the extended expansion phases until at the supply pressure; <I> DE, </I> D'E ', the exhaust phases.
The condition of obtaining a prolonged prolonged expansion, without exceeding a certain pressure corresponding to a temperature at the end of expansion imposed by the good behavior of the organs of the receiver, leads to starting the compression in the engine later than (milks a cycle with supply at ambient pressure, by discharging into the exhaust duct a quantity already introduced into the engine cylinders and at the same pressure as the supply pressure (part DA of the diagram).
One will maintain. constant pressure in the exhaust piping if, at the time when compression begins in one of the engine cylinders (.4) as a result of the closing of the ports 125 or of the valve 126, the exhaust begins in the second engine cylinder or even if it is already started. Thanks to the symmetry of the two motors, the pressure will be kept constant. in the exhaust duct up to point r1 ', the exhaust of the first engine then being open from point D, the pressure in the exhaust duct will thus be kept constant throughout the duration of said cycle.
The temperature of the gas mixture at the inlet of the receiver is limited by the behavior of the latter's components.
For a momentary operation, it is possible to admit a temperature higher than the normal operating temperature which, out of prudence, has been chosen to be significantly lower than the dangerous temperature.
By allowing a higher temperature for the mixture, one could significantly increase the power in the generator, by evacuating less air during the first part of the compression stroke of the engine. As the quantity of oxidizer evolves in the engine being greater, it is also possible to increase the quantity of fuel and, consequently, the power of the receiver. The adjustment control <B> 19 </B> (fig. 1 <B>) </B> of the. valve 18 allows, to. this effect, to limit at will the quantity of air discharged during the first part of the compression stroke of the engine.