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.