Moteur à piston. L'invention concerne un moteur à piston, par exemple un moteur à piston à vapeur. Ce moteur pourrait, par exemple, être destiné à l'automobile ou à l'aviation.
L'utilisation rationnelle d'un fluide à haute pression, par exemple de la vapeur à haute pression, dans un moteur à piston donne lieu à des difficultés. L'une de ces difficultés, non la moindre, réside dans la réalisation d'une distribution satisfaisante. La distribution classique par tiroirs coulis sants ne se prête ni à l'obtention d'une grande vitësse de piston ni à la réalisation d'une dé tente poussée dans un cylindre unique; le la minage de la vapeur constitue notamment un sérieux obstacle.
Si l'on veut obtenir un moteur rapide uti lisant dans de bonnes conditions un fluide, par exemple de la vapeur, à haute pression, il convient, comme on le sait, d'admettre ce fluide par des orifices largement ouverts pen dant une très faible fraction de la course du piston de manière que le fluide remplisse très rapidement, sans subir de laminage apprécia ble,
la capacité qui lui est offerte dans le cylindre afin que l'on puisse utiliser une fraction importante de la course du piston pour la détente de ce fluide.
La présente invention a pour objet un moteur qui a été conçu de façon que l'on puisse l'agencer de manière à satisfaire aux désiderata exprimés ci-dessus.
Le moteur à piston objet de l'invention comporte, pour la commande de l'admission au cylindre, deux obturateurs en contact l'un avec l'autre et percés de- lumières pour l'ad mission de fluide au cylindre, ces obtura teurs étant animés -chacun d'un mouvement rectiligne alternatif et disposés et entraînés de manière que leurs lumières d'admission soient en regard lors de l'admission alors qu'ils se meuvent en sens contraire chacun à une vitesse sensiblement égalé à sa vitesse maximum.
Cette disposition permet d'agencer le mo teur de façon que l'on puisse obtenir que l'admission se produise en un temps très ré duit, contrairement à ce qui se passe dans les distributions ordinaires par tiroirs dans les quelles l'admission a lieu à fond de course, c'est-à-dire lorsque la vitesse de l'organe dis tributeur est très petite.
Les mêmes obturateurs à mouvement rec tiligne alternatif pourraient avantageusement servir à la commande de l'échappement; on pourrait, à cet effet, les munir de lumières disposées de façon telle que l'échappement se produise pendant la fraction voulue de la course du piston.
Le moteur selon l'invention pourrait être un moteur polycylindrique. On pourrait, par exemple, disposer côte à, côte, en un bloc mo teur compact, un nombre plus ou moins grand de cylindres. Les cylindres pourraient par exemple être ménagés dans une pièce com mune ou être assemblés de proche en proche.
On pourrait, dans ce cari, utiliser un collec teur d'admission commun à plusieurs ou à tous les cylindres ou un collecteur d'échappe ment commun à plusieurs cylindres ou à. tous les cylindres ou encore un collecteur d'admis sion commun à plusieurs cylindres ou à tous les cylindres et un collecteur d'échappement commun à plusieurs cylindres ou à tous les cylindres.
Le moteur selon l'invention pour rait comporter plusieurs cylindres réunis en un bloc moteur et être agencé de façon à constituer un moteur compound, comportant par exemple un cylindre HP et deux cylin dres BP. Ceci serait principalement avanta geux si le moteur est destiné à marcher par exemple avec de la vapeur à très haute pres sion.
Pour le cas on le moteur selon l'inven tion constituerait par exemple un moteur à vapeur compound comprenant un cylindre HP et au moins un cylindre BP, on pourrait agencer les choses de façon que la. vapeur passe aussi directement que possible du cylin dre HP au cylindre BP afin que les déperdi tions de chaleur soient très réduites.
Deux formes d'exécution du moteur à pis ton selon l'invention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 représente une coupe transver sale de la première forme d'exécution de ce moteur à piston, ce moteur étant un moteur à vapeur; La fi-. 2 est une coupe longitudinale par tielle de la deuxième forme d'exécution du moteur montrant deux de ses cylindres;
La fig. 3 représente, à plus grande échelle, un détail simplifié de la fig. 1, cette figure montrant la position des lumières des four reaux, des biellettes et des manivelles polir la position dite -de pleine admission: Les fig. 4 et 5 sont des vues similaires correspondant aux positions de début d'ad mission et de fin d'admission respectivement; La fig. 6 montre, dans les mêmes condi tions, la position des fourreaux de distribu tion un demi-tour après la pleine admission.
Dans le moteur représenté à la fig. 1, le cylindre 1 porte le vilebrequin 2 par l'inter médiaire de paliers fixés sur sa face infé rieure. Un carter 3 ferme la partie inférieure et recueille l'huile de graissage des mouve ments.
Le cylindre 1 est fermé. dans le haut. par une culasse 4 coaxiale à travers des parties de laquelle passent des tiges de commande 5 des fourreaux concentriques de distribution. Ces tiges se trouvent ainsi guidées et passent dans des presses-étoupes montés sur lesdites parties de la culasse. Le fond de la culasse porte une soupape de sûreté 6 chargée par un ressort et destinée à éviter toute surpres sion et notamment à empêcher des ruptures sous l'effet de "coups d'eau".
Le cylindre est enveloppé par deux collec teurs contigus 7, respectivement 8, l'un 7 amenant la vapeur vive et l'autre 8 évacuant la vapeur d'échappement. Ces collecteurs communiquent respectivement avec l'intérieur du cylindre par des ouvertures 19 et 20 de la paroi de celui-ci.
Le piston 9, à tête bombée pour faciliter l'écoulement de l'eau, est relié par une bielle 10 au vilebrequin 2. Il est étagé et comporte deux séries de segments. La partie supérieure, de moindre diamètre, glisse dans le fourreau intérieur de distribution comme un piston normal se mouvant dans un cylindre. La partie inférieure, de plus grand diamètre, glisse contre la paroi de l'alésage du cylindre et comporte également une série de segments; ceux-ci servent notamment à arrêter l'eau de condensation qui, inévitablement, tomberait dans le carter.
Le segment supérieur de la partie de plus grand diamètre atteint, au point mort haut, le bord inférieur des orifices 22 de la paroi du cylindre. Ces orifices de purge 22, par lesquels l'eau de condensation et l'ex cès d'huile de graissage sont chassés lorsque le piston remonte, communiquent donc avec la région du cylindre dans laquelle se meut la partie,de moindre diamètre du piston, mais ils sont à l'écart des ouvertures. d'admission et d'échappement 19 et 20.
Le moteur com porte deux fourreaux de distribution concen triques 13, respectivement 15, .coulissant à frottement doux l'un dans l'autre et animés chacun d'un mouvement de va-et-vient au moyen d'un arbre manivelle 11, ces deux ar bres 11 tournant dans le même sens à la même vitesse que le vilebrequin 2 et recevant le mouvement -de -ce dernier par l'intermé diaire d'un train d'engrenages fous à axes parallèles, par exemple.
L'arbre de gauche entraîne, par sa mani velle 12, le fourreau de distribution extérieur 13 et l'arbre de droite entraîne, par sa mani velle 14, le fourreau de distribution intérieur 15. Sur les manivelles 12 et 14 de ces arbres, sont montées des bielles<B>.</B> 16 qui attaquent les extrémités des tiges de commande 5 des four reaux de distribution. Les fourreaux 13 et 15 pourraient aussi être entraînés dans leur mou vement de va-et-vient par des excentriques tournant tous deux dans le même sens et en traînés à partir du vilebrequin 2.
Des gaînes 17 relient les carters 21 des arbres manivelles 11 et la culasse 4 dans le but d'empêcher l'huile de s'échapper et d'as surer le retour de l'huile vers le bas du mo teur.
Il est prévu un fourreau de réglage 18 coulissant dans l'alésage du cylindre et dé- plaçable verticalement et sans. rotation au- tourde, lui-même par une commande à main, agissant directement ou par l'intermédiaire d'un servo-moteur.- Le fourreau 1-8 pourrait aussi être déplacé automatiquement au moyen d'un régulateur centrifuge.
Il peut, à la limite, reposer ,sur un épaulement annulaire formant butée ménagé dans le cylindre 1 dont -l'intérieur comporte un aléis^age étagé à cet effet. Cet épaulement forme le bord inférieur des; ouvertures de communication 19 entre le collecteur 7 et le cylindre. Lors que le fourreau lié repose sur l'épaulement, l'arrivée de vapeur au cylindre est interrom pue.
Aux .différentes positions de ce four reau 18, dont le bord inférieur découvre plus ou moins lés ouvertures <B>119,</B> correspondent autant de réglages possibles de l'admission. Le bord inférieur du fourreau et l'épaule ment annulaire définissent donc le passage d'admission de<B>la,</B> vapeur au cylindre.
Les deux fourreaux de distribution<B>13</B> et. 15 sont percés de lumières convenablement disposées -et -occuppant la plus. grande partie de la périphérie d e chacun de ces fourreaux qui sont placés à l'intérieur du fourreau de réglage 118.
Ces fourreaux glissent l'un dans l'autre, le fourreau intérieur 16 glissant sur la culasse 4 et sur la partie de moindre dia mètre -du piston 9. Le. fourreau extérieur<B>13</B> glisse dans- l'alésage du cylindre 1' et dans le fourreau de réglage 18. Ces, fourreaux de distribution sont donc parfaitement guidés.
Les bords inférieurs, de leurs lumières coïncident dans la position dite "de pleine admission" (fig. 3). Dans[ cette position, le bord inférieur des: ouvertures 19 et le bord supérieur @du piston '9 sont en ligne avec les bords inférieurs -des lumières des, fourreaux 1,3 et 15.
Le début de l'admission se produit (fig. 4) lorsque le bord inférieur de la lumière du fourreau intérieur 1à (qui, pour le sens, de rotation considéré, se déplace vers le bas) passe devant le bord inférieur -de la, culasse 4. Le point d'ouverture est constant et ne dépend que @du calage ,de la, manivelle 14 par rapport au maneton du vilebrequin.
La fin de l'admission est marquée par le fait que le bord inférieur de la, lumière du fourreau extérieur 13. (qui, pour le sens de rotation considéré, se -déplace vers le haut) passe .devant le bord inférieur du fourreau de réglage 1!8 (fig. 5).
Le point de fermeture -est donc variable suivant la position occupée par le fourreau de réglage 18, la durée d'admission augmen tant lorsque l'on déplace ce fourreau vers le haut.
Le stade dit "de pleine admission" cor respond au moment où les manivelles 72 et 14 relatives, aux deux fourreaux de distri bution 13 et 15 ont leurs axes perpendicu laires aux axes- des bielles 16 (fig. 3). Les vitesses .de translation det fourreaux sont. donc de sens. contraire, et ont chacune une valeur voisine -du maximum pour un régime -de rotation déterminé.
Pour une révolution -du vilebrequin et, par suite, une révolution de chacun des deux arbres manivelles, il existe .deux positions où les bords inférieurs des lumières des deux fourreaux coïncident. La première, la posi tion -de pleine admission, vient. d'être exami née. La deuxième se présente (fig. 6) un demi-tour après, lorsque les manivelles 12 et 14 actionnant les fourreaux 13 et 15 se re trouvent sur la même ligne horizontale. On voit que, dans cette position, les lumières deï, fourreaux sont entièrement masquées par la culasse 4. Il n'y a ainsi qu'une admission par période.
On obtient l'inversion,du sens de marche par un décalage angulaire des arbres mani velles l'un par rapport à l'autre; à cet effet, les, arbres en question sont entraînés par le vilebrequin par l'intermédiaire -d'un dispo sitif permettant ce décalage (par exemple par un couple hélicoïdaux dont on déplace l'un axialement par une com mande appropriée mise à la portée du con ducteur, ce ,
déplacement axial déterminant la rotation de l'engrenage correspondant, étant entendu que l'autre engrenage est suffisam ment épais pour que l'engrènement subsiste).
Les durées d'admission, volontairement réduites pour la marche normale, peuvent être augmentées pour faciliter les démarrages. ,s'il n'en était. pas ainsi, on risquerait d'avoir, dans le cas d'un moteur polycylindrique, tous les cylindres isolés du collecteur de va peur.
Le déplacement vers le haut -du four reau dit de réglage retarde, comme on l'a vu, la fin de l'admission et, si on dispose de plusieurs cylindras dont les manetons corres- pondants sont calés à 90 , il est possible de prolonger la durée d'admission d'un cylindre au delà de<B>90'.</B> Le moteur a. ainsi, dans tous les cas, un cylindre à l'admission.
L'échappement est commandé par une deuxième série de lumières disposées dans les fourreaux 13 et 15 au-dessous des lumières d'admission et découvrant, dans leur course, des ouvertures. 20 faisant communiquer le cylindre avec le ou les collecteurs d'échap pement 8 placés sous les collecteurs d'ad mission 7.
Il y a lieu de remarquer que, comme pour l'admission, il existe deux posi tions de recouvrement dont l'une est inopé rante parce que les lumières sont masquées par le piston. Il ne peut donc y avoir échap pement dans cette position qui est voisine du point mort haut.
Le moteur de la fig. 2 est un moteur polycylindrique; dans <B>ce</B> moteur, chaque cylindre et ses organes correspondants est identique au cylindre et organes correspon dants du moteur de la fig. 1. Tous les cylin dres sont réunis en un bloc commun 23 et les culasses 4, 4', etc. distinctes sont centrées sur les cylindres correspondants par emboî tement de leur bord dans le haut des cylin dres.
La culasse de chaque cylindre est as semblée avec celle du cylindre adjacent.
Piston engine. The invention relates to a piston engine, for example a steam piston engine. This engine could, for example, be intended for automotive or aviation.
The rational use of a high pressure fluid, for example high pressure steam, in a piston engine gives rise to difficulties. One of these difficulties, not the least, is in achieving a satisfactory distribution. Conventional distribution by sliding drawers does not lend itself to obtaining a high piston speed or to producing a de-tent pushed into a single cylinder; In particular, steam mining is a serious obstacle.
If one wants to obtain a fast engine using under good conditions a fluid, for example steam, at high pressure, it is necessary, as we know, to admit this fluid by openings widely open for a very long time. small fraction of the piston stroke so that the fluid fills up very quickly, without undergoing appreciable rolling,
the capacity which is offered to it in the cylinder so that a large fraction of the piston stroke can be used for the expansion of this fluid.
The present invention relates to an engine which has been designed so that it can be arranged so as to satisfy the desiderata expressed above.
The piston engine which is the subject of the invention comprises, for the control of the admission to the cylinder, two shutters in contact with one another and pierced with slots for the mission of fluid to the cylinder, these shutters each being driven by a reciprocating rectilinear movement and arranged and driven so that their admission ports are opposite during admission while they move in the opposite direction each at a speed substantially equal to its maximum speed.
This arrangement makes it possible to arrange the motor in such a way that the admission can be obtained in a very short time, unlike what happens in ordinary dispensing by drawers in which the admission takes place. at full stroke, that is to say when the speed of the distributing member is very low.
The same reciprocating reciprocating shutters could advantageously be used to control the exhaust; one could, for this purpose, provide them with slots arranged such that the exhaust occurs during the desired fraction of the stroke of the piston.
The motor according to the invention could be a polycylindrical motor. One could, for example, arrange side by side, in a compact engine block, a greater or lesser number of cylinders. The cylinders could for example be provided in a common room or be assembled step by step.
In this case, it would be possible to use an intake manifold common to several or all of the cylinders or an exhaust manifold common to several cylinders or to. all the cylinders or else an intake manifold common to several cylinders or to all the cylinders and an exhaust manifold common to several cylinders or to all the cylinders.
The engine according to the invention could comprise several cylinders united in an engine block and be arranged so as to constitute a compound engine, comprising for example one HP cylinder and two LP cylinders. This would be mainly advantageous if the engine is intended to operate for example with very high pressure steam.
In this case, the engine according to the invention would for example constitute a compound steam engine comprising an HP cylinder and at least one LP cylinder, things could be arranged so that the. steam passes as directly as possible from the HP cylinder to the LP cylinder so that heat loss is very low.
Two embodiments of the pis ton motor according to the invention are shown, by way of example, in the appended drawing, in which: FIG. 1 shows a dirty cross section of the first embodiment of this piston engine, this engine being a steam engine; The fi-. 2 is a longitudinal sectional view of the second embodiment of the engine showing two of its cylinders;
Fig. 3 shows, on a larger scale, a simplified detail of FIG. 1, this figure showing the position of the lights of the ovens, of the rods and of the cranks polishing the so-called position of full admission: FIGS. 4 and 5 are similar views corresponding to the start of admission and end of admission positions respectively; Fig. 6 shows, under the same conditions, the position of the distribution sleeves half a turn after full admission.
In the engine shown in fig. 1, the cylinder 1 carries the crankshaft 2 by means of bearings fixed on its lower face. A housing 3 closes the lower part and collects the lubricating oil from the movements.
Cylinder 1 is closed. at the top. by a coaxial yoke 4 through parts of which pass control rods 5 of the concentric distribution sleeves. These rods are thus guided and pass through cable glands mounted on said parts of the cylinder head. The bottom of the cylinder head carries a safety valve 6 loaded by a spring and intended to avoid any overpressure and in particular to prevent ruptures under the effect of "water blows".
The cylinder is surrounded by two contiguous manifolds 7, respectively 8, one 7 bringing in the live steam and the other 8 discharging the exhaust steam. These collectors communicate respectively with the interior of the cylinder through openings 19 and 20 in the wall thereof.
The piston 9, with a domed head to facilitate the flow of water, is connected by a connecting rod 10 to the crankshaft 2. It is stepped and has two series of segments. The upper part, of smaller diameter, slides in the inner distribution sleeve like a normal piston moving in a cylinder. The lower part, of larger diameter, slides against the wall of the cylinder bore and also comprises a series of segments; these serve in particular to stop the condensation water which, inevitably, would fall into the crankcase.
The upper segment of the portion of larger diameter reaches, at top dead center, the lower edge of the orifices 22 in the cylinder wall. These purge orifices 22, through which the condensation water and the excess lubricating oil are expelled when the piston goes up, therefore communicate with the region of the cylinder in which the part, of smaller diameter of the piston, moves, but they are away from the openings. intake and exhaust 19 and 20.
The com motor carries two concen tric distribution sheaths 13, respectively 15, sliding with gentle friction one inside the other and each driven by a reciprocating movement by means of a crank shaft 11, these two ar bers 11 rotating in the same direction at the same speed as the crankshaft 2 and receiving the movement of the latter through the intermediary of a train of idle gears with parallel axes, for example.
The left shaft drives, by its crank 12, the outer distribution sleeve 13 and the right shaft drives, by its crank 14, the inner distribution sleeve 15. On the cranks 12 and 14 of these shafts, <B>. </B> 16 connecting rods are mounted which attack the ends of the control rods 5 of the distribution furnaces. The sleeves 13 and 15 could also be driven in their reciprocating motion by eccentrics both rotating in the same direction and dragged from the crankshaft 2.
Sheaths 17 connect the housings 21 of the crank shafts 11 and the cylinder head 4 in order to prevent the oil from escaping and to ensure the return of the oil to the bottom of the engine.
An adjusting sleeve 18 is provided which slides in the bore of the cylinder and can be moved vertically and without. rotation around, itself by a hand control, acting directly or by means of a servo-motor. The sleeve 1-8 could also be moved automatically by means of a centrifugal regulator.
It can, at the limit, rest on an annular shoulder forming a stop formed in the cylinder 1, the interior of which comprises a stepped alis ^ age for this purpose. This shoulder forms the lower edge of; communication openings 19 between the manifold 7 and the cylinder. When the linked sleeve rests on the shoulder, the flow of steam to the cylinder is interrupted.
The different positions of this oven reau 18, the lower edge of which more or less reveals the openings <B> 119, </B> correspond as many possible adjustments of the admission. The lower edge of the sleeve and the annular shoulder therefore define the passage for admission of <B> the, </B> steam to the cylinder.
The two distribution sleeves <B> 13 </B> and. 15 are pierced with suitably arranged lights -and -occuppant the most. large part of the periphery of each of these sleeves which are placed inside the adjustment sleeve 118.
These sleeves slide one inside the other, the inner sleeve 16 sliding on the cylinder head 4 and on the part of smaller diameter -du piston 9. The. outer sleeve <B> 13 </B> slides in the bore of cylinder 1 'and in the adjustment sleeve 18. These distribution sleeves are therefore perfectly guided.
The lower edges of their openings coincide in the so-called "full admission" position (fig. 3). In this position, the lower edge of the openings 19 and the upper edge of the piston 9 are in line with the lower edges of the openings of the sleeves 1, 3 and 15.
The beginning of the admission occurs (fig. 4) when the lower edge of the light of the inner sleeve 1à (which, for the direction of rotation considered, moves downwards) passes in front of the lower edge of the, cylinder head 4. The opening point is constant and only depends on the timing of the crank 14 relative to the crankshaft pin.
The end of the admission is marked by the fact that the lower edge of the lumen of the outer sleeve 13. (which, for the direction of rotation considered, moves upwards) passes in front of the lower edge of the outer sleeve. setting 1! 8 (fig. 5).
The closure point -is therefore variable depending on the position occupied by the adjustment sleeve 18, the admission time increases as when this sleeve is moved upwards.
The so-called “full admission” stage corresponds to the moment when the cranks 72 and 14 relating to the two distribution sleeves 13 and 15 have their axes perpendicular to the axes of the connecting rods 16 (FIG. 3). The translation speeds of the sleeves are. therefore makes sense. contrary, and each have a value close to the maximum for a determined rotation speed.
For one revolution of the crankshaft and, consequently, one revolution of each of the two crank shafts, there are two positions where the lower edges of the openings of the two sleeves coincide. The first, the position of full admission, comes. to be examined. The second occurs (fig. 6) half a turn later, when the cranks 12 and 14 actuating the sleeves 13 and 15 are on the same horizontal line. It can be seen that, in this position, the openings of the sheaths are entirely masked by the cylinder head 4. There is thus only one admission per period.
The reversal of the direction of travel is obtained by an angular offset of the hand shafts with respect to each other; for this purpose, the shafts in question are driven by the crankshaft by means of a device allowing this offset (for example by a helical pair, one of which is displaced axially by an appropriate control placed within reach of the driver, this,
axial displacement determining the rotation of the corresponding gear, it being understood that the other gear is thick enough for the engagement to remain).
The intake times, intentionally reduced for normal running, can be increased to facilitate starting. , if it was not. not so, there would be a risk of having, in the case of a polycylindrical engine, all the cylinders isolated from the manifold fail.
The upward movement of the so-called adjustment furnace delays, as we have seen, the end of the admission and, if several cylinders are available, the corresponding crankpins of which are set at 90, it is possible to extend the intake time of a cylinder beyond <B> 90 '. </B> The engine has. thus, in all cases, a cylinder at the intake.
The exhaust is controlled by a second series of lights arranged in the sleeves 13 and 15 below the admission ports and discovering openings in their course. 20 communicating the cylinder with the exhaust manifold (s) 8 placed under the intake manifolds 7.
It should be noted that, as for the intake, there are two covering positions, one of which is inoperative because the ports are masked by the piston. There can therefore be no escapement in this position which is close to the top dead center.
The motor of FIG. 2 is a polycylindrical motor; in <B> this </B> engine, each cylinder and its corresponding parts is identical to the cylinder and corresponding parts of the engine of fig. 1. All the cylinders are united in a common block 23 and the cylinder heads 4, 4 ', etc. separate are centered on the corresponding cylinders by fitting their edge into the top of the cylinders.
The cylinder head of each cylinder is matched with that of the adjacent cylinder.