Installation comprenant un auto-compresseur d'air à au moins un piston libre. L'invention est relative à une installation comprenant un auto-compresseur d'air à au moins un piston libre (qui pourrait être à quatre ou à deux temps) et une turbine à gaz, accouplée à un -compresseur rotatif et qu'une partie au moins des gaz s'échappant du :
cylindre-moteur de l'auto-compresseur sert à ,entraîner. Cette installation ,est caractérisée en ce que de compresseur rotatif est monté en série avec un espace auxiliaire,de compression de l'auto,-compresseur, de façon que l'air d'ali mentation du .cylindre-moteur soit mis sous pression en deux compressions successives avant de pénétrer dans ce cylindre-moteur.
Cette compression en deux étages .de l'air d'alimentation du cylindre-moteur de l'auto- compresseur permet d'atteindre des valeurs relativement importantes de la pression de cet air et permet en même temps .de faire subir à cette pression des variations impor tantes.
Si l'on se contentait de comprimer l'air d'alimentation uniquement dans: ledit -espace auxiliaire de compression de l'auto- cOmpresseur, il serait diffieile !d'obtenir -des valeurs et/ou des .variations importantes de ; la pression dudit air.
D'autre part, si l'on comprimait l'air .d'alimentation .du cylindre- moteur uniquement par un. compresseur rota tif entraîné par une turbine à gaz qui est alimentée par les.
,gaz s'échappant dudit cylin- dre-moteur, on n'obtiendrait pas non plus,des pressions d'air importantes vu l'insuffisance de l'énergie contenue généralement dans ces gaz, cette insuffisance étant surtout sensible lorsqu'il s'agit d'un moteur à deux temps par exemple. \ Le dessin montre, à titre -d'exemple,
deux formes d'exécution de l'installation selon l'in- vention.
La fig. 1 représente, de façon schématique, . la première de ces formes d'exécution de l'ins tallation selon d'invention.
La fig. 2 montre un diagramme qui illustre, en traits pleins, .le fonctionnement de l'installation selon la, fig. 1, et en poin tillés le fonctionnement d'une variante de cette installation.
La fig. 3 représente, également de façon schématique, la, deuxième de ces formes d'exé cution, de l'installation selon l'invention.
L'installation .représentée par la fig. 1 comporte un auto-compresseur ayant un cylindre-moteur 1 dans lequel coulissent les éléments moteurs 2' et 2' de -deux pistons libres opposés. Ces éléments moteurs décou vrent respectivement au voisinage de leurs points morts extérieurs .des lumières d'ad mission 3 et des lumières d'échappement 4, le tout étant agencé de manière à permettre à la partie motrice ainsi constituée de travail ler selon .le cycle à deux temps.
Le piston libre comprenant d'élément mo teur 2' comporte, d'autre part, un élément compresseur 5, coulissant dans un cylindre 6 et dont la. face externe assure, dans le com partiment 6' dudit cylindre 6, la compression de l'air à refouler hors de l'auto-compresseur. Le compartiment 6' constitue donc l'espace principal de compression.
La. face interne de: l'élément compresseur 5 assure, dans le com- partiment 6' du cylindre 6 constituant un espace auxiliaire de compression, une com pression de l'air d'alimentation et de ba layage du cylindre-moteur et qui passe de l'espace 6' dans un carter étanche 7 entourant ce cylindre-moteur <B>1.</B>
L'autre piston libre-, comprenant l'élément moteur 2' comporte, d'autre part, un élément de piston 8 coulissant dans un cylindre 9 et enfermant dans ce cylindre un matelas d'air qui emmagasine, pendant la course vers l'ex térieur des pistons libres, une certaine quan tité d'énergie qu'il restitue à ces pistons pen dant leur course vers l'intérieur, assurant ainsi cette dernière course.
Les pistons libres 2'-5 et 2'-8 sont re liés par un mécanisme de synchronisation comprenant un levier 10 oscillant autour d'un axe fixe 11 et dont les extrémités sont reliées par des bielles 12 aux deux pistons libres.
L'alimentation en combustible du cylin- dre-moteur 1 est assurée par une pompe d'in- jection 13, commandée par le piston libre 2', 5 à l'aide d'une tringlerie 14 et dont l'organe de réglage quantitatif 15 est actionné par un piston soumis à la pression de l'air com primé se trouvant dans le réservoir d'air comprimé 16 dans lequel l'air comprimé dans l'espace de compression principal est refoulé. La pompe 13 est reliée par un conduit 17 à l'injecteur 18 du cylin.dre-moteur 1.
L'espace de compression auxiliaire 62 est alimenté en air comprimé par une soufflante 19 qui alimente en outre en air comprimé l'espace de compression principal 6' de l'auto- compresseur. L'air d'alimentation et de ba layage du cylindre-moteur 1 subit ainsi deux compressions successives avant de pénétrer dans le carter 7 et, de @là, dans le cylindre.
La soufflante 1.9 est commandée par une tur bine à gaz 20, à. laquelle elle est accouplée, et qui est entraînée par les gaz s'échappant du cylindre-moteur 1 qui quittent celui-ci à tra vers l'ouverture 4 du cylindre-moteur, pour arriver dans le conduit d'échappement 4'.
La turbine 20 est reliée au conduit 4' par trois conduits d'admission 21'-21'-213 dont les ouvertures d'entrée sont commandées par un tiroir 22 solidaire -d'un piston 23 coulis sant dans un cylindre 24. Le piston 23 se trouve, par l'un de ses côtés, sous l'action d'un ressort 25 qui tend à l'appliquer contre une butée 26. On choisit la position de la.
butée 26 de façon telle que la section d'ad mission de la turbine 20 est minimum lorsque le piston 23 s'applique contre cette butée et que le tiroir 22 se trouve par conséquent dans la position représentée par @la. fig. 1.
De son autre côté, le piston 23 est soumis à la pression régnant dans le réservoir 16. L'augmentation de la pression régnant dans le réservoir 16 au delà d'une certaine valeur provoque donc un déplacement du pis tou 23 vers la droite et, par conséquent, une augmentation, de la section d'admission dans la turbine 20.
Cette augmentation de la sec tion d'admission provoque une diminution de la pression d.cs gaz s'échappant du cylindre 1 à leur entrée dans la turbine, dont la vitesse et la. puissance diminuent, ce qui a pour résul- fat -de faire diminuer la pression ide l'air à la sortie de la soufflante 19.
Par contre, si la pression dans le réser voir<B>16</B> diminue, le piston 26 .se déplace vers la gauche et le tiroir 22 fait diminuer la sec tion d'admission. La pression,des gaz s'éehap- pant du cylindre 1 à leur entrée dans la tur bine augmente, de sorte que la vitesse et la puissance de celle-ci augmentent également,
ce qui a pour résultat @de faire augmenter la pression ide l'air à la sortie de la souf flante 19.
Le conduit :d'échappement 4' est muni d'une dérivation 27 commandée par un clapet 28 qui peut être actionné à la main pour lais ser échapper, le cas échéant, une partie plus ou moins grande des ,gaz s'échappant du cylindre 1 directement .dans l'atmosphère sans passer par la turbine 20.
Les variations, ide la pression de l'air ad mis dans les espaces de compression princi pal 6' et auxiliaire<B>6'</B> @de l'auto-compresseur nécessitent un réglage -correspondant de l'énergie ide retour des pistons libres.
En effet, cette énergie de retour, dont la partie principale est fournie par l'accumula teur pneumatique 8,<B>9,</B> doit effectuer le tra vail @de compression non seulement dans. le cylinàre-moteur, mais également dans l'es pace compresseur .auxiliaire<B>62.</B>
Pour effectuer ledit réglage, l'accumula teur d'énergie pneumatique 8, 9 est muni d'un dispositif @de commande 34 comportant un ,distributeur 35 qui, selon sa position: ou bien maintient entièrement isolé l'inté rieur @du cylindre 9 (voir position du distri buteur représenté ,dans les fi,g. 1 et 3) ; ou bien fait communiquer l'intérieur du cylindre 9 par les conduits 36 et 37 avec le réservoir 16, pour augmenter le poids d'air enfermé dans l'accumulateur;
ou bien fait communiquer l'intérieur de ce cylindre, par les conduits 36 et 38 avec l'atmosphère, pour diminuer le poids de l'air contenu dans d'accumulateur.
Le distributeur 35 est solidaire de deux pistons 39 et 40 coulissant respectivement dans des cylindres: 41 et 42. L'un des côfés,du piston 39 se trouve .sous l'action d'un ressort 43 et l'autre communi que avec l'intérieur du cylindre 9 au travers d'un conduit calibré 44 qui relie l'intérieur du cylindre 41 au conduit 36,
la section du conduit 44 .étant suffisamment petite pour qu'il règne dans .le cylindre 41 une pression égale à la pression moyenne régnant dans l'accumulateur.
Le cylindre 42 communique avec l'inté rieur du. carter 7 par une ouverture calibrée 45, de sorte que sur le piston 40 agit la pres sion moyenne régnant dans, le carter 7, pres sion sensiblement égale à la pression de re foulement de l'espace auxiliaire de compres sion 62.
Dans le conduit 37 est inséré un clapet de retenue 46 -destiné à empêcher un écoulement d'air de l'accumulateur vers le réservoir 1,6, lorsque la pression, ,dans cet accumulateur, est, pour certaines positions du piston 8, su périeure à la pression régnantdans ledit ré-, servoir.
On obtient ainsi le réglage voulu de l'énergie de retour fournie par l'accumula teur qui varie automatiquement en fonction, de la pression régnant dans le carter 7 -et de, la pression moyenne régnant dans l'accumu lateur 9.
Dans le diagramme de la fig. 2, on a re présenté, en traits pleins, le fonctionnement de l'installation selon la fig. 1 et en pointillés le fonctionnement -d'une variante de cette installation.
Dans la fig. 2, des: abscisses représentent les pressions de refoulement p de Vauto compresseur, pressions régnant idans le réser- i voir 16, tandis que les ordonnées représentent, d'une part, les débits Q de l'auto-compresseur et, d'autre part, les pressions d'air p' à la sortie -de la soufflante 19.
La zone de réglage se trouve comprise entre la pression de re- , foulement pa ide l'auto-compresseur corres pondant à da marche è, la charge maximum et la pression ide refoulement Pb -de l'auto-com- presseur -correspondant à la marche à vide.
Ainsi qu'il ressort -de la fig. 2, le débit Q s de l'auto-compresseur est maximum pour la charge maximum et est zéro pour la marche à vide.
Dans l'installation selon la fil-. 1, le dis- positif -de réglage de la turbine est agencé de façon que la variation de la section d'ad mission des gaz à la turbine est proportion nelle à la pression p. La. puissance de la tur bine 20 et, par conséquent, la pression de l'air à la sortie de la soufflante 19, descend donc progressivement de la puissance maximum (pression de refoulement pa) jusqu'à la mar che à vide (pression de refoulement pl?).
Pour la marche à, vide (pression de refoule ment maximum pb dans le.réservoir 16), le groupe turbosoufflante 20-19 ne fournit donc que peu de travail et la compression subie par l'air d'alimentation dans la souf flante est minime.
Lorsque la quantité d'air prélevé -du réservoir 16 dépasse une certaine limite, une diminution de la pression dans ce réservoir provoque une réduction de la sec tion de l'admission -des gaz à la turbine 20 par le tiroir 22, et, par suite, une augmenta- lion de la pression dans le conduit d'échap pement 41, ce qui a pour effet d'augmenter la, puissance du groupe turbosoufflante et la pression à la sortie de la soufflante.
Dans la variante .de l'installation selon la fi-1. 1, à laquelle se rapportent les lignes poin tillées de la, fib. 2, les ouvertures d'entrée des conduits 21', 21', 213 par rapport au tiroir 22 sont disposées de façon telle que .la<B>,</B> dimi nution de la section d'admission des gaz à la turbine 20 ne commence qu'à partir du moment où la pression dans le réservoir 16 a diminué jusqu'à une valeur pe correspondant à une charge moyenne -de l'auto-compresseur. On obtient ainsi une diminution, progressive de la pression p<B>'</B> à la.
sortie de la soufflante entre la charge maximum de l'auto-compres- seur et la charge moyenne de celui-ci, tandis que la pression à la sortie de la soufflante reste sensiblement constante et à une valeur sensiblement égale à, la pression atmosphé rique entre ladite charge moyenne et la marche à vide. Il est évident que, dans ce cas également, une légère compression de l'air a lieu dans la soufflante, étant donné que la pression de l'air à l'aspiration est légèrement inférieure à la pression atmosphérique.
Lorsque la pression à la sortie. de la souf flante 19 est sensiblement égale à la pression atmosphérique, il est évident que la puissance absorbée par le groupe turbosoufflante est très minime.
Au lieu de faire agir sur le piston 40 la pression régnant dans le carter 7, on pourrait faire agir sur ce piston la, pression régnant dans le réservoir 16 ou la pression régnant à la sortie de la soufflante. L'effet serait le même, étant donné que la soufflante alimente les espaces de compression 61 et 62 à la même pression.
Dans l'installation représentée par la fil, 3, l'auto-compresseur d'air est analogue, à \celui faisant partie de l'installation de la fi--. 1. L'auto-compresseur de l'installation de la. fig. 3 se distingue cependant de celui de l'installation de la fig. 1 par le fait que le circuit de l'air, passant par son espace de compression principal 6', est entièrement sé paré du circuit de l'air d'alimentation et de balayage du cylindre-moteur qui passe par l'espace de compression auxiliaire 62.
Selon la fin 3, la soufflante 19 n'alimente que l'espace auxiliaire de compression 62 dans lequel l'air d'alimentation et de balayage du cy llindre-moteur subit une deuxième compres sion, tandis que l'admission de l'espace de compression principal 61 de l'auto-eompres- i leur est reliée à l'échappement d'une turbine 29 dans laquelle l'air sous pression .fourni par l'auto-compresseur, qui est comprimé dans l'espace de compression principal 6', est dé tendu pour fournir du travail mécanique. Le i circuit comprenant l'espace 61 et la turbine 29 est doue un circuit fermé.
On règle la pression moyenne dans ce dernier circuit à l'aide d'un. distributeur 30 qui fait communi quer le conduit 31, reliant l'échappement de i la, turbine 29 à l'admission ,de l'espace de compression 6' soit avec un réservoir d'air comprimé 3? alime uté par un compresseur auxiliaire non représenté,
soit avec l'atmo sphère pour augmenter ou diminuer ainsi le i poids d'air se trouvant dans ledit eireuit. La puissance du groupe turbosoufflante 20-19 est réglée en faisant agir sur le côté droit -du piston 23 la pression régnant dans ledit conduit 31. On pourrait aussi faire agir sur ce piston 23 la pression régnant .dans le conduit 33 reliant le réservoir 16 à la tur bine 29.
Le distributeur 30 pourrait être commandé soit à là main, soit automatiquement par un régulateur de vitesse de la turbine 29.
La distributeur 35 du dispositif de com mande qui règle le poids de l'air contenu dans l'accumulateur d'énergie pneumatique est commandé, d'une part, au moyen d'un piston 391 sur lequel agit, à travers le conduit cali bré 44, la pression moyenne régnant dans l'accumulateur 8, 9 et, d'autre part, au moyen .d'un ressort 47 :
dont les extrémités s'appuient respectivement contre le distributeur 35 et contre un support 48, la tension -du ressort 47 variant aussi bien en fonction de la pression régnant dans le carter 7 qu'en fonction de la pression régnant dans le réservoir 16.
A cet effet, on fait agir .sur le support 48 -de l'une des extrémités .du .ressort 47 une came 49 portée par une tige 50 dont les extré mités sont solidaires respectivement d'un pis ton 51 et d'un piston 52, le premier @de ces pistons coulissant dans un cylindre 53 sous l'action de la pression régnant dans le r6ser- voir 16, tandis que le -deuxième piston 52 cou lisse dans un cylindre 54, d'une part,
sous l'action de la pression moyenne régnant dans le carter 7 et admise .dans le cylindre 54 à travers un .conduit calibré 55 et, d'autre part, sous l'action d'un ressort 56. Le distributeur 35, sous la cozninande du piston 391 et du ressort 47, fonctionne comme dans l'installa tion de la fig. 1.
Il. y a dieu ,de remarquer que, sauf quand une petite partie -de l'air comprimé du réser voir 16 est envoyé dans l'accumulateur, tout l'air comprimé fourni par l'auto-compresseur est .détendu dans. la turbine 29.
Le réglage de l'installation selon la fig. 3 se fait .de la façon suivante: Lorsqu'il s'agit d'augmenter la puissance de la tur bine 29, on fait -entrer, dans, le circuit fermé 31-61-16-:33-29 de l'air sous pression provenant du réservoir 32. Cette augmenta- tion @du poids d'air dans ledit circuit a d'abord pour conséquence l'augmentation .des pres sions de refoulement e'b d'admission de l'es pace compresseur 61.
De son côté, cette aug mentation entraîne, par suite de l'action de la pression de refoulement sur l'organe de réglage 1.5 @de la pompe de -combustible 13, une augmentation de combustible injecté dans le ,cylindre-moteur. On -obtient ainsi, dans l'espace de compression principal de d'auto- compresseur, à Ia fin de la période de réglage,
un -diagramme dont les pressions d'aspiration et de refoulement et, par .conséquent, les pres sions moyennes, sont plus élevées,' qu'aupara vant et dont la surface est ,également aug mentée.
L'énergie contenue dans l'air qui tra vaille dans la turbine 29 est donc plus: grande, ce qui provoque également une augmentation de 'la puissance de cette-,dernière. L'inverse se produit lorsqu'on enlève dudit circuit fermé une certaine quantité'd'air.
Comme .on l'a déjà expliqué, l'introduction de l'air sous pression dans le circuit fermé provoque une augmentation . de la pression d'àspiration de l'espace compresseur 61, tandis que l'enlèvement d'une certaine quantité :d'air dudit circuit provoque une diminution de la dite pression d'aspiration.
Cette pression d'as= piration agit sur Je piston 23 qui est relié au tiroir,de réglage 22 & Ia turbine 20. Une augmentation de la pression dans le conduit d'aspiration 31 a pour effet de diminuer la section .d'entrée des .gaz dans la turbine 20, donc d'augmenter la vitesse de cette dernière turbine, tandis que la dïminution,de la pres sion dans le conduit ,
d'aspiration 31 a l'effet contraire, c'est-à-dire de diminuer la vitesse et, par conséquent, la puissance de la tur- bine 20.
Le dispositif de commande comprenant; le distributeur 35 ajuste automatiquement le poids de l'air contenu dans l'accumulateur de façon que .la pression moyenne dans .celui-ci corresponde aux pressions de marche -des espaces de compression 61 et 62 à toutes les charges.