procédé de réglage d'une machine à piston libre, et installation pour sa mise en #uvre. L'invention est relative à un procédé de réglage d'une machine à piston libre à deux temps et à une installation pour sa mise en #uvre.
Le procédé selon l'invention est caracté risé par le fait que, pour certains régimes au moins, on réduit, afin de régler le débit du gaz sous pression fourni par la machine, cer taines des courses de pistou libre à des va leurs inférieures à celles des autres courses et telles que les ouvertures de distribution dlu cylindre moteur soient tout au plus in complètement découvertes, en sorte que, pour ces courses réduites, il se produise tout au plus un balayage et une alimentation incom plets dudit cylindre.
L'installation pour la mise en #uvre du procédé selon l'invention est caractérisée par un dispositif qui, au moins pour les faibles charges de la machine à piston libre, pro voque l'alternance de courses suffisamment longues pour assurer le balayage complet du cylindre moteur et de courses pour lesquelles les ouvertures de distribution de ce cylindre sont tout au plus incomplètement découvertes, en sorte que pour ces courses il se produise tout au plus un balayage et une alimentation incomplets dudit cylindre.
Le dessin montre, à titre d'exemples, deux formes d'exécution d'une installation pour la mise en #uvre du procédé selon l'invention.
Les fig. 1 et 2 de ce dessin représentent, schématiquement, respectivement une instal lation comprenant un auto-générateur de gaz sous pression à pistons libres et une installa tion comprenant un auto-compresseur d'air à pistons libres.
La fig. 3 est un diagramme illustrant le fonctionnement de l'installation selon la fig 1. La fig. 4, enfin. montre le développement d'une came de l'installation représentée par la fig. ?.
l.'auto-générateui, de gaz sous pression (le la fi?;. 1 comporte deux pistons libres oppo- ses comprenant les éléments moteurs 1Ú et 1ê travaillant dans un cylindre moteur 2 fonc tionnant suivant un cycle à deux temps et ayant des lumières d'admission 3 et des lu mières d'échappement 4 découvertes respec tivement par les éléments 1Ú et 1ê. Ces pis tons libres sont synchronisés par un méca nisme non représenté.
Les éléments 1Ú et 1ê sont reliés rigide ment respectivement à des éléments compres seurs 5Ú, 5ê coulissant dans des cylindres 6Ú. 6ê, munis de clapets d'aspiration 10 et de clapets de refoulement 9; ces derniers des servant un carter étanche 11 entourant le cylindre moteur 2.
Dès que les ouvertures de distribution 3 et 4 du cylindre moteur sont suffisamment découvertes par les éléments 1Ú et 1ê lors de la course de travail de ces derniers, l'air com primé se trouvant dans le carter 11 alimente et balaie le cylindre moteur, l'excès de cet air formant avec les gaz de combustion in complètement détendus un mélange gazeux sous pression qui est amené par le conduit 16 à la turbine T pour entraîner cette der nière.
L'alimentation en combustible du cylindre moteur 2 a lieu au moyen d'un injecteur 1 2 alimenté par une pompe 13 dont le piston est commandé à chaque impulsion des pistons libres, par une came 14 solidaire du piston lÚ, 5Ú, ladite pompe étant munie d'un organe de réglage quantitatif 15 dont le dé placement dans le sens indiqué par la flèche correspond à un accroissement de la quantité de combustible injectée à chaque course.
L'on fait commander l'organe de réglage 15 de façon automatique par le régu dateur dle la turbine T, par l'intermédiaire d'une tige 25.
Outre le réglage de l'organe 15, l'agence ment permet de réaliser, pour les pistons libres de la machine, l'alternance de course à débit et balayage et alimentation normaux du cylindre moteur (courses actives) et de courses à débit nul ou presque nul et sans ba layage ou tout an plus avec balayage et ali mentation très incomplets (courses neutres). Cette alternance a lieu seulement pour la marche à vide et pour les faibles charges de la turbine, donc pour les régimes de faible débit de la machine à pistons libres.
Cet agencement assure, pour les eourses neutres, l'interruption du fonctionnement de l'injecteur 12 parla décharge de la pompe 13. Ce pourquoi, on, monte en dérivation sur le conduit d'alimentation dudit injecteur un cla pet de décharge 17 commandé, par l'intermé diaire d'un poussoir 18. par une came tour nante et coulissante 19 entraînée par un mo teur à air ?0.
La partie droite de la came 19 est consti tuée par un cylindre qui, par l'intermédiaire du poussoir 18. maintient le clapet 17 cons tamment fermé - toutes les courses sont des courses actives -,tandis que la partie gauche ,de ladite came est formée par un cylindre présentant un aplatissement latéral. Lorsque cet aplatissement se trouve vis-à-vis du pous soir 18, le combustible refoulé par la pompe 13 peut s'échapper en ouvrant le clapet 17, de sorte que se produit une course neutre.
Si l'aplatissement ainsi que la surface cylindrique de la. partie gauche de la came 19 s'étendent chacun sur 180 et si le nombre de tours de cette came est égal à la moitié des oscillations des pistons libres 11, 5' et 1\, 5\, on fait alterner toujours une course active et une course neutre dés que ladite partie gauche se trouve dans. sa. position active.
Si la. vitesse de rotation de la. came 19 est égale à un quart ou à un sixième du nombre des
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oscillations <SEP> des <SEP> équipages <SEP> alternatifs. <SEP> on <SEP> Ob tient <SEP> alternance <SEP> entre <SEP> respectivement <SEP> dent <SEP> ou
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<tb> ledit <SEP> aplatissement. II est à noter ici qu'il n'est nullement né cessaire de régler la vitesse de rotation de la came 19 d'une façon rigoureuse. Il suffit de la régler de façon telle qu'elle soit à peu prés égale à la fraction désirée du nombre d'oscillations des équipages alternatifs.
Ceci s'explique par le fait que les angles sur les quels s'étendent respectivement la partie cylindrique ou l'aplatissement de la came 19 sont bien plus grands que les angles corres pondant à la période pendant laquelle la came 14 agit sur la pompe 13. Pour l'effet à obte nir, il est sans importance que ce soit le début, le milieu ou la fin de la surface cylindrique ou de l'aplatissement qui agit sur le pointeau 18 pendant la période où la pompe 13 est actionnée. Il n'est donc pas, nécessaire de syn chroniser rigoureusement la rotation de la came 19 et les oscillations des pistons.
La pression de débit régnant dans le con duit 16 agit sur l'une des faces d'un piston 22 monté dans un cylindre 23 et ayant son autre face soumise à l'action d'un ressort 24. Le piston 22 actionne, par l'intermédiaire d'un balancier 21, pivotant autour d'un axe fixe 21a, la came 19 de façon telle que, pour les pressions supérieures à une pression @1 déterminée, la partie droite de cette came agisse sur le poussoir 18, tandis que, pour les pressions inférieures à la pression pi, c'est la partie gauche (le ladite came qui coopère avec le polussoir. Les mouvements axiaux de la came 19 sont limités par des butées non re présentées.
Pour assurer le passage rapide du régime où la partie droite de la came 19 est dans la. position de travail (régime sans courses neutres) au régime où la partie gauche de cette came se trouve dans ladite position (ré gime où il y a alternance des courses actives et neutres) ou inversement, on utilise un res sort 29 dont l'un des appuis est articulé sur un point fixe, tandis, que l'autre appui l'est sur la came 19, en sorte que cette dernière soit poussée élastiquement vers l'une ou l'autre de ses deux positions extrêmes.
L'auto-générateur de la fig. 1 est muni également d'un mécanisme de limitation des eounses de l'organe de réglage quantitatif 15 de la pompe d'injection 13, mécanisme qui est commandé par la pression de débit de l'auto-g énérateur.
En effet, à chaque pression de débit cor respondent, pour les courses actives, une quantité maximum et une quantité minimum de combustible injectées par la pompe 13. Si on dépassait ladite quantité maximum, les pistons rentreraient dans les fonds des cylin dres, tandis que, si la quantité de combustible n'atteignait pas sa valeur minimum, la course des pistons serait trop courte pour assurer que les ouvertures d'admission et d'échappe ment du cylindre moteur soient .découvertes. Ledit mécanisme a donc pour but de mainte nir, pour chaque pression. de débit, la quan tité de combustible injectée pour une course active entre ces deux limites.
Ce mécanisme de limitation comprend deux rampes & butées en<B>V</B> 26, 2 7 limitant les courses -de la tringlerie 25, lesdites rampes étant portées par un même support articulé autour d'un axe 28 et commandé par un piston 30 qui peut se déplacer dans un cylindre 31, ledit piston ayant l'une de ses faces soumise à l'action de la pression de .débit de l'auto- générateur régnant dans le conduit 16 et l'autre face soumise à l'action d'un ressort 30a,, Ledit mécanisme agit de façon telle que,
lorsque ladite pression augmente, les. rampes 26 et 27 viennent occuper une nouvelle posi- tion permettant des débattements plus impor tants -de la trin.glerie 25.
Afin d'entretenir les oscillations pendant les courses neutres, le cylindre est pourvu d'un injecteur complémentaire 3? fonction nant à chaque course, active ou neutre. et injectant dans le cylindre une petite quantité de combustible juste suffisante pour entre tenir le mouvement pendant les courses neutres.
Il est à noter ici que la quantité de com bustible injectée clans la charge d'air du cylindre moteur, pour provoquer la. course neutre, n'est qu'une petite fraction du com- rus1ible injecté qui aurait été nécessaire pour provoquer une course normale et ne sert qu'à vaincre la résistance due au frottement; donc, cette petite quantité de combustible n'a ab sorbé qu'une partie infime de l'oxy gène con tenue dans le cylindre moteur, de sorte que le combustible injecté ensuite pour provoquer une course normale trouve assez d'oxygène pour être brûlé dans de bonnes conditions.
Etant donné que, dans la machine repré sentée à la fig. 1, le régime des courses neu tres W a, lieu que pour de faibles charges, la somme des quantités de plusieurs injections consécutives dont l'une ou plusieurs corres pondent à une ou plusieurs courses neutres, par exemple deux ou trois courses neutres successives, et une autre à une course nor male, est généralement inférieure à la quan tité de combustible injectée en une seule fois dans le cylindre moteur, lorsqu'il s'agit d'ob- ienir une course à pleine charge; et, bien entendu, la quantité d'air enfermé dans le cylindre est suffisante pour permettre la com bustion même, -de cette dernière quantité de combustible.
Le diagramme de la fig. 3 illustre le fonc tionnement de cette installation. Sur ce dia gramme on voit: En I la caractéristique @pression-débit" de la turbine T alimentée par la machine à pis tons libres, en II la courbe des débits minimums qu'est susceptible de fournir la machine à pitons libres en fonction de la même pression de fonctionnement, à supposer que chaque course soit une course active, cette courbe détermi nant la forme de la rampe 2 7 du mécanisme de limitation, et en III la courbe "p@issance-pression" de la susdite turbine.
On voit sur ce diagramme que, au-dessous d'une pression @1 correspondant à la puis sance réduite @1, le générateur fournirait, si toutes les courses étaient des courses active, un débit minimum supérieur à la demande de la turbine et l'excès de gaz débité, qui re- présenterait une fraction d'autant plus impor tante du débit global que la pression (donc la charge) est plus basse, devrait être rejeté à l'extérieur. On supprime ou au moins on diminue cette perte de fluide sous pression, en pro voquant, à l'aide du dispositif 17 à 22, une alternance de courses neutres et de courses actives dès le moment où la pression de débit tombe au-dessous de @1.
L'intervention des courses neutres aura pour effet de substituer à la courbe II des débits minimums une courbe IV située en dessous de la précédente et correspondant au rapport 1/1 des courses actives et des courses neutres. La turbine absorbera alors la totalité du gaz débité par le générateur jusqu'à une pression @2 infé rieure à @1.
On pourra s'arranger, par exemple, pour qu'à la nouvelle pression limite @2 corresponde une puissance @2 sensiblement nulle de la tur bine, donc à la marche à vide de celle-ci.
Le réglage de la quantité du combustible injectée, pendant chaque course active, par l'injecteur 12 se fait toujours par l'organe 15 aussi bien pour les régimes où les pressions de débit sont supérieures à p1 que pour ceux où ces pressions sont inférieures à p1@ Pour une demande de puissance de la turbine, tra duite par exemple par un ralentissement du régulateur entraînant un déplacement de la tringlerie 25 dans le sens de la flèche, l'or- g;
a ne de réglage quantitatif 15 de la pompe 13 se déplace dans le sens de la flèche -f-, provoquant une augmentation de la quantité injectée, et vice versa., une diminution de la dite quantité injectée si la turbine tend à augmenter -de vitesse sous l'action d'une di minution de charge.
Pour chaque pression de fonctionnement, les quantités maxima. et mi nima de combustible sont limitées par la bu tée de la tige 25 sur l'une ou l'autre des rampes 26 et 27, dont la. position est fonc tion, dans chaque zone de réglage (au-dessus et au-dessous de h,) de la position occupée par le piston 30.
Le fonctionnement de l'installation repré sentée par la fig. 1. est donc le suivant: Supposons que la. turbine T marche à pleine charge, c'est-à-dire que sa puissance est égale à P., (fig. 3 ). Le générateur débite < alors une quantité de gaz Q3 à la pression p3, toutes les courses du générateur étant des courses actives.
Si la charge de la turbine T diminue jusqu'à P@, le régulateur de celle-ci déplace l'organe de réglage 15 du générateur dans le sens d'une diminution de la quantité du combustible injectée par la pompe 13, la nouvelle quantité de combustible étant telle que le générateur débite la quantité Q@ à la pression p@. Pour la nouvelle charge P4 de la turbine, toutes les courses restent des courses actives. Dans la période de transition de ré gime de la charge @3 à la charge P@, le mé canisme comportant les rampes 26, 27 empê- cbe l'organe de réglage 15 de prendre une po sition pour laquelle la quantité de combus tible serait supérieure ou inférieure aux quan tités limites admissibles.
Si la charge de la turbine T continue à diminuer, le régulateur de celle-ci continue à déplacer l'organe de réglage 15 dans le sens d'une diminution du combustible injecté, mais tontes les courses restent des courses actives jusqu'au moment où la charge de la turbine sera tombée à la valeur P1 pour laquelle le générateur débite la quantité Q1 à la pres sion p1@ Lorsque la charge de la turbine sera de venue inférieure à Pl et, par conséquent, la pression de débit du générateur inférieure à p@, le dispositif 17-22 entrera en jeu en fai sant suivre, selon la vitesse de rotation de la came 19, une ou plusieurs courses actives successives par le même nombre de courses neutres successives.
Pour satisfaire, en des sous da pl, à la demande de la turbine, la quantité Q' débitée par course active devra être le double de la quantité que le généra teur devrait débiter par course si toutes les courses étaient des courses actives. Par suite de ce doublement de la quantité, les points indiquant dans le diagramme de la fig. 3, pour les courses actives, la quantité débitée par course en fonction de la pression se si tuent au-dessus de la courbe II, ce qui est nécessaire pour le bon fonctionnement de l'auto-générateur pendant lesdites courses.
Pour la charge P2 de la turbine et la, pres sion p@, par exemple, la quantité de gaz dé- buée par course active est égale à Q'2 et se trouve sur la courbe II qui indique le débit minimum compatible avec le bon fonctionne ment de l'auto-générateur, ce débit Q'2 étant le double du débit @2 qui devrait être fourni par course au cas où toutes les courses se raient des courses actives. Ainsi, le débit glo bal par unité de temps est le même lorsque le débit est @'2 pour une course sur deux que si ce débit était de Q2 pour çhaque course.
Le réglage de la quantité du combustible injectée a lieu de la même façon au-dessus et en dessous de la pression @1, c'est-à-dire que le régulateur de la turbine amène l'organe de réglage 15 dans une position telle que la de mande de la turbine en gaz soit satisfaite. En dessous de @1, la quantité de combustible injectée par course active est donc telle qu'on obtient à la pression p, pour chaque course active, au lieu du débit Q, le débit Q'.
La commande de la came 19 dans le sens axial pourrait aussi avoir lieu soit en fonc tion d'une pression autre que la pression de débit mais variable avec cette dernière, soit à la main.
L'auto-compresseur de la. fig. \? est consti tué dans son ensemble comme l'auto-généra- teur décrit précédemment, à cette différence prés que les éléments compresseurs alimen tant un réservoir 33 et non le carter 11 entou rant le cylindre moteur, ledit carter étant alimenté par les faces arrières des éléments compresseurs, des pistons qui forment pompe de balayage grâce à des clapets 34 et 35.
L'organe de réglage (non représenté dans la fig. 2) de la pompe d'injection 13 est com- mandé soit à la main, soit en fonction de la pression de débit de l'auto-compresseur. Gomme clans l'auto-générateur de la fig. 1. une soupape de décharge 17 commandée par la came 19a permet de supprimer l'injection par l'injecteur 19. L'injecteur complémentaire 32 injecte à chaque course.
La came coulissante 19a entraînée en rotation par le moteur 20 comporte-. juxtapo- sées dans le sens de son axe, cinq zones diffé rentes ayaut des bossages différents (voir fig. 4 qui montre le développement de cette came).
Lorsque la zone A-B de cette came coagit avec le poussoir 18, toutes les courses sont des courses actives. Dans la zone B-C, le bossage maintenant fermé le clapet 17 s'étend sur 4h de la circonférence de la came. Le rapport entre les courses neutres et les courses actives est donc égal à 1 : 4. Ce rap- portdevient pour la zone C -D égal à 2 :3, pour la zone D-E égal à 3 : 2 et pour la zone F -F égal à 4 : 1.
La came est commandée par un piston 22 qui s'appuie, sous l'action du ressort 24, sur une butée 22a. La tension dudit ressort est choisie de façon à maintenir le piston 22 en contact avec cette butée aussi longtemps que la pression de débit de l'auto-compresseur, qui agit sur la face opposée du piston, ne dé passe pas la pression maximum normale.
La came 19a est progressivement déplacée vers la droite, donc dans le sens d'une aug mentation du nombre des courses neutres, lorsque la pression de débit de l'auto-com presseur agissant sur le piston 22 dépasse la dite pression maximum. Il n'existe pas de position intermédiaire entre l'amenée en po sition de l'une des zones de la came 19a et l'amenée en position de la zone suivante.
L'installation de la fig. 2 présente l'avan tage suivant: On s'arrangeait jusqu'à présent, afin de permettre la marche à débit très réduit, pour que les orifices de distribution du cylindre moteur d'un auto-compresseur fussent dé couverts avant que ne s'ouvrent les clapets de refoulement de l'élément compresseur, de ma nière à assurer l'échappement et le balayage de l'élément moteur pendant chaque coure aussi réduit que soit le débit de fluide com primé pendant ladite course, voire même s'il n'y avait aucun débit (marche à vide).
Cette position des orifices de distribution ne per met, pour les grands débits, notamment les débits maxima du compresseur, qu'un rapport défavorable entre, d'une part, la cylindrée utile du cylindre moteur (déterminée par la position desdits orifices) et, d'autre part, la cylindrée géométrique dudit cylindre (déter minée par le point mort extérieur des pistons libres).
L'installation de la fig. 2 ne présente pas cet inconvénient. En effet, dans l'auto-com presseur de cette installation on peut, sans rendre impossible son fonctionnement à de très faibles débits, disposer les orifices de distribution à des places telles qu'au moment où ils sont découverts suffisamment pour assurer le balayage complet du cylindre mo teur, une certaine partie du fluide comprimé de l'élément compresseur soit déjà refoulée, et ainsi améliorer le rapport entre la cylindrée utile et la cylindrée géométrique du cylindre moteur.
Ceci est rendu possible grâce au fait que dans cet auto-compresseur, pour obtenir des débits très faibles, on intercale entre deux courses de longueur suffisante pour assurer le balayage et l'alimentation normaux du cylindre et produisant un certain refoulement, une ou plusieurs courses, plus courtes, ne per mettant plus le balay age et l'alimentation du cylindre moteur, mais ne donnant pas lieu non plus à un refoulement de fluide comprimé.
Le fonetionnemnent de l'installation de la fig. 2 est le suivant: Aussi longtemps que la pression de débit n'a, pas dépassé la. pression maximum nor male, le piston 2? et la came 19., restent dans la position représentée par ladite figure et pour laquelle . toutes les courses sont -des courses actives (zone 11-B de la came 19,). Dans cette zone de fonctionnement, la lon gueur des courses et, par conséquent, le -débit par course sont réglés par l'organe de réglage (le la pompe 13.
Si pour-les faibles charges de l'auto-com- presseur - bien (lue. à ce moment, la pompe 13 soit réglée de façon à lie provoquer que des courses actives minima, c'est-à-dire des courses pour lesquelles les orifices -lu cylindre moteur sont juste découverts pour permettre le balayage et l'alimentation dudit cylindre - la pression (le (débit devient. supérieure à la pression maximum normale, le piston 22 commence à.
se déplacer vers la gauche- pour intercaler, (,litre des courses actives, des courses neutres, avec balayage et alimentation incomplets et sans refoulement, le rapport entre ces dernières et les courses actives étant d'abord égal à 1 : 4 (zone 13-C de la came 19a). Si cela. ne suffit pas pour ramener la pression de débit à sa valeur maximum nor male. le piston 12 continue à se déplacer vers la gauche pour mettre en service les zones C-D, D-E, etc. de la came 19, ce qui a pour effet d'augmenter le rapport entre les courses neutres et les courses actives.
Il est à noter que l'air se trouvant dans le cylindre moteur de la machine de la fi,g. 2 suffit, même pour le plus grand rapport entre les courses neutres et les courses actives, à assurer la combustion de la totalité du com bustible injecté. d'une part, pendant les courses neutres, par l'injecteur 32, et, d'autre part, pendant la course active qui suit immé diatement une série de courses neutres, par ce dernier injecteur et l'injecteur 12. En effet, étant donné que la première course active qui suit une série de courses neutres est de faible longueur, ladite totalité des différentes quan tités de combustible n'est pas plus grande que la quantité de combustible injectée en une seule fois pour une course active de longueur maximum.
Bien entendu, un dispositif permettant de faire varier le rapport entre le nombre de courses neutres et celui des courses actives pourrait être appliqué aussi à des installa tions comportant des auto-générateurs à pis tons- libres.
Dans une variante de l'installation de la fig. 2, on pourrait diminuer le nombre pos sible des courses actives ayant des longueurs différentes, c'est-à-dire des courses diffé rentes pendant lesquelles les ouvertures du cylindre moteur sont découvertes pour per mettre le balayage et l'alimentation complets dudit cylindre et pendant lesquelles on débite du fluide comprimé à travers les clapets de refoulement de l'élément compresseur.
On pourra, même dans une autre variante, donner aux courses actives une longueur sensiblement constante et égale substantiellement à la course, maximum possible des pitons libres et correspondant donc au débit maximum pos sible de gaz sous pression par course, et ré- g o ler le .débit de l'auto-compresseur unique ment en faisant varier le nombre de courses sans débit avec balayage et alimentation in complets ou nuls. intercalées entre deux courses actives consécutives.
adjustment method of a free piston machine, and installation for its implementation. The invention relates to a method for adjusting a two-stroke free piston machine and to an installation for its implementation.
The method according to the invention is characterized by the fact that, for certain speeds at least, in order to adjust the flow rate of the pressurized gas supplied by the machine, certain of the free piston strokes are reduced to values less than those of the other strokes and such that the distribution openings of the engine cylinder are at most completely uncovered, so that, for these reduced strokes, there is at most an incomplete sweeping and feeding of said cylinder.
The installation for implementing the method according to the invention is characterized by a device which, at least for the low loads of the free piston machine, causes the alternation of strokes long enough to ensure the complete sweeping of the machine. engine cylinder and strokes for which the distribution openings of this cylinder are at most incompletely discovered, so that for these strokes there is at most an incomplete sweeping and supply of said cylinder.
The drawing shows, by way of example, two embodiments of an installation for implementing the method according to the invention.
Figs. 1 and 2 of this drawing represent, schematically, respectively an installation comprising a self-generator of pressurized gas with free pistons and an installation comprising an air self-compressor with free pistons.
Fig. 3 is a diagram illustrating the operation of the installation according to FIG 1. FIG. 4, finally. shows the development of a cam of the installation shown in FIG. ?.
l.'auto-generateui, of gas under pressure (the la fi?;. 1 comprises two opposing free pistons comprising the driving elements 1Ú and 1ê working in an engine cylinder 2 operating in a two-stroke cycle and having intake lights 3 and exhaust lights 4 respectively discovered by the elements 1Ú and 1. These free udder tones are synchronized by a mechanism not shown.
The elements 1Ú and 1ê are rigidly connected respectively to compressor elements 5Ú, 5ê sliding in 6 cylind cylinders. 6ê, provided with suction valves 10 and delivery valves 9; the latter serving as a sealed casing 11 surrounding the engine cylinder 2.
As soon as the distribution openings 3 and 4 of the engine cylinder are sufficiently exposed by the elements 1Ú and 1ê during the working stroke of the latter, the compressed air in the housing 11 feeds and sweeps the engine cylinder, l 'excess of this air forming with the combustion gases in completely expanded a gaseous mixture under pressure which is brought through line 16 to the turbine T to drive the latter.
The fuel supply to the engine cylinder 2 takes place by means of an injector 1 2 supplied by a pump 13 whose piston is controlled at each pulse of the free pistons, by a cam 14 integral with the piston lÚ, 5Ú, said pump being provided with a quantitative adjustment member 15 whose displacement in the direction indicated by the arrow corresponds to an increase in the quantity of fuel injected at each stroke.
The regulator 15 is automatically controlled by the regulator dle the turbine T, via a rod 25.
In addition to the adjustment of the member 15, the arrangement makes it possible to achieve, for the free pistons of the machine, the alternation of stroke with normal flow and scanning and supply of the engine cylinder (active strokes) and strokes at zero flow. or almost zero and without scanning or any more with very incomplete scanning and feeding (neutral races). This alternation takes place only for idling and for low turbine loads, therefore for low flow speeds of the free piston machine.
This arrangement ensures, for the neutral courses, the interruption of the operation of the injector 12 by the discharge of the pump 13. This is why a controlled discharge valve 17 is mounted in bypass on the supply duct of said injector, by the intermediary of a pusher 18. by a rotating and sliding cam 19 driven by an air motor? 0.
The right part of the cam 19 is constituted by a cylinder which, by means of the pusher 18. keeps the valve 17 constantly closed - all the races are active races -, while the left part, of the said cam is formed by a cylinder with lateral flattening. When this flattening is located vis-à-vis the pus evening 18, the fuel delivered by the pump 13 can escape by opening the valve 17, so that a neutral stroke occurs.
If the flattening as well as the cylindrical surface of the. left part of cam 19 each extend over 180 and if the number of revolutions of this cam is equal to half of the oscillations of the free pistons 11, 5 'and 1 \, 5 \, an active stroke is always alternated and a neutral race as soon as said left part is in. her. active position.
If the. speed of rotation of the. cam 19 is equal to a quarter or a sixth of the number of
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<SEP> oscillations of the alternative <SEP> crews <SEP>. <SEP> on <SEP> Obtains <SEP> alternation <SEP> between <SEP> respectively <SEP> tooth <SEP> or
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<tb>; lu <SEP> report <SEP> lies <SEP> an <SEP>; the <SEP> on <SEP> which <SEP> extend
<tb> respectively <SEP> said <SEP> cylindrical <SEP> surface <SEP> and
<tb> said <SEP> flattening. It should be noted here that it is in no way necessary to adjust the speed of rotation of the cam 19 in a rigorous manner. It suffices to adjust it in such a way that it is approximately equal to the desired fraction of the number of oscillations of the alternating crews.
This is explained by the fact that the angles on which respectively extend the cylindrical part or the flattening of the cam 19 are much greater than the angles corresponding to the period during which the cam 14 acts on the pump 13. For the effect to be obtained, it is immaterial whether it is the beginning, the middle or the end of the cylindrical surface or of the flattening which acts on the needle 18 during the period when the pump 13 is actuated. It is therefore not necessary to strictly synchronize the rotation of the cam 19 and the oscillations of the pistons.
The flow pressure prevailing in the duct 16 acts on one of the faces of a piston 22 mounted in a cylinder 23 and having its other face subjected to the action of a spring 24. The piston 22 actuates, by the 'intermediary of a balance 21, pivoting about a fixed axis 21a, the cam 19 so that, for pressures greater than a determined pressure @ 1, the right part of this cam acts on the pusher 18, while , for pressures lower than the pressure pi, it is the left part (the said cam which cooperates with the polussoir. The axial movements of the cam 19 are limited by stops, not shown.
To ensure the rapid passage of the regime where the right part of the cam 19 is in. working position (speed without neutral races) at the speed where the left part of this cam is in said position (speed where there are alternating active and neutral races) or vice versa, a res sort 29 is used, one of which of the supports is articulated on a fixed point, while the other support is on the cam 19, so that the latter is pushed elastically towards one or the other of its two extreme positions.
The auto-generator of fig. 1 is also provided with a mechanism for limiting the eounses of the quantitative control member 15 of the injection pump 13, a mechanism which is controlled by the flow pressure of the auto-generator.
Indeed, at each flow pressure correspond, for the active strokes, a maximum quantity and a minimum quantity of fuel injected by the pump 13. If the said maximum quantity were exceeded, the pistons would enter the bottoms of the cylinders, while , if the quantity of fuel did not reach its minimum value, the stroke of the pistons would be too short to ensure that the intake and exhaust openings of the engine cylinder are uncovered. Said mechanism is therefore intended to maintain, for each pressure. flow rate, the quantity of fuel injected for an active stroke between these two limits.
This limiting mechanism comprises two ramps & stops in <B> V </B> 26, 2 7 limiting the strokes of the linkage 25, said ramps being carried by the same support articulated around an axis 28 and controlled by a piston 30 which can move in a cylinder 31, said piston having one of its faces subjected to the action of the flow pressure of the autogenerator prevailing in the duct 16 and the other face subjected to the pressure. 'action of a spring 30a ,, Said mechanism acts in such a way that,
when said pressure increases, the. ramps 26 and 27 come to occupy a new position allowing greater deflections of the trin.glerie 25.
In order to maintain the oscillations during the neutral races, the cylinder is provided with an additional injector 3? functioning at each stroke, active or neutral. and injecting into the cylinder a small amount of fuel just enough to keep the movement going during neutral runs.
It should be noted here that the quantity of fuel injected into the air charge of the engine cylinder, to cause the. neutral stroke, is only a small fraction of the injected fuel that would have been necessary to cause normal stroke and only serves to overcome the resistance due to friction; therefore, this small amount of fuel has absorbed only a tiny part of the oxygen contained in the engine cylinder, so that the fuel injected afterwards to cause a normal stroke finds enough oxygen to be burned in the engine cylinder. good conditions.
Given that, in the machine shown in FIG. 1, the regime of neutral strokes W takes place only for low loads, the sum of the quantities of several consecutive injections, one or more of which correspond to one or more neutral strokes, for example two or three successive neutral strokes, and another at a normal stroke, is generally less than the quantity of fuel injected at one time into the engine cylinder, when it is a question of obtaining a stroke at full load; and, of course, the quantity of air enclosed in the cylinder is sufficient to allow the combustion itself, -de this last quantity of fuel.
The diagram in fig. 3 illustrates the operation of this installation. On this diagram, we see: In I the @ pressure-flow characteristic of the turbine T supplied by the free udder machine, in II the curve of the minimum flow rates that the free eyebolt machine can provide as a function of the same operating pressure, assuming that each stroke is an active stroke, this curve determining the shape of the ramp 27 of the limitation mechanism, and in III the "pressure-pressure" curve of the aforesaid turbine.
We see in this diagram that, below a pressure @ 1 corresponding to the reduced power @ 1, the generator would provide, if all the strokes were active strokes, a minimum flow greater than the demand of the turbine and the The excess gas delivered, which would represent a fraction of the overall flow all the more important as the pressure (and therefore the load) is lower, should be discharged to the outside. This loss of pressurized fluid is eliminated or at least reduced by causing, with the aid of the device 17 to 22, an alternation of neutral strokes and active strokes as soon as the flow pressure falls below @ 1.
The intervention of the neutral strokes will have the effect of replacing the curve II of the minimum flows with a curve IV located below the previous one and corresponding to the 1/1 ratio of the active strokes and the neutral strokes. The turbine will then absorb all of the gas delivered by the generator up to a pressure @ 2 less than @ 1.
It will be possible, for example, to arrange for the new pressure limit @ 2 to correspond to a substantially zero power @ 2 of the turbine, and therefore to the idling of the latter.
The amount of fuel injected, during each active stroke, by injector 12 is always adjusted by member 15, both for the speeds where the flow pressures are greater than p1 and for those where these pressures are less than. p1 @ For a demand for power from the turbine, resulting for example by a slowing down of the regulator causing a displacement of the linkage 25 in the direction of the arrow, the organ;
a quantitative adjustment ne 15 of the pump 13 moves in the direction of the arrow -f-, causing an increase in the quantity injected, and vice versa., a decrease in said quantity injected if the turbine tends to increase -de speed under the action of a reduction in load.
For each operating pressure, the maximum quantities. and mi nima fuel are limited by the stop of the rod 25 on one or the other of the ramps 26 and 27, including the. position is a function, in each adjustment zone (above and below h,) of the position occupied by piston 30.
The operation of the installation shown in fig. 1. is therefore the following: Suppose the. turbine T operates at full load, ie its power is equal to P., (fig. 3). The generator then delivers a quantity of gas Q3 at the pressure p3, all the strokes of the generator being active strokes.
If the load of the turbine T decreases to P @, the regulator of the latter moves the adjustment member 15 of the generator in the direction of a decrease in the quantity of fuel injected by the pump 13, the new quantity of fuel being such that the generator delivers the quantity Q @ at the pressure p @. For the new turbine load P4, all strokes remain active strokes. In the period of the regime transition from load @ 3 to load P @, the mechanism comprising the ramps 26, 27 prevents the adjustment member 15 from assuming a position for which the quantity of fuel would be greater or less than the permissible limit quantities.
If the load of the turbine T continues to decrease, the regulator thereof continues to move the adjusting member 15 in the direction of a decrease in the injected fuel, but all the strokes remain active strokes until the moment when the turbine load will have fallen to the value P1 for which the generator delivers the quantity Q1 at the pressure p1 @ When the turbine load will have come less than Pl and, consequently, the output pressure of the generator lower than p @, the device 17-22 will come into play by causing one or more successive active races to be followed, depending on the speed of rotation of the cam 19, by the same number of successive neutral races.
In order to meet the demand of the turbine in sub-da pl, the quantity Q 'delivered per active stroke should be double the quantity that the generator would have to charge per stroke if all the strokes were active strokes. As a result of this doubling of the quantity, the points indicating in the diagram of fig. 3, for active strokes, the quantity delivered per stroke as a function of the pressure is killed above curve II, which is necessary for the proper functioning of the auto-generator during said strokes.
For the turbine load P2 and the pressure p @, for example, the quantity of gas debused per active stroke is equal to Q'2 and is found on curve II which indicates the minimum flow rate compatible with the correct one. operation of the auto-generator, this flow Q'2 being twice the flow @ 2 which should be provided per stroke in the event that all the strokes are active strokes. Thus, the overall flow rate per unit time is the same when the flow rate is @ '2 for every other stroke as if this flow rate were Q2 for each stroke.
The adjustment of the quantity of fuel injected takes place in the same way above and below the pressure @ 1, i.e. the turbine regulator brings the adjustment member 15 into a position such that the demand for the gas turbine is satisfied. Below @ 1, the quantity of fuel injected per active stroke is therefore such that at the pressure p, for each active stroke, instead of the flow Q, the flow Q 'is obtained.
The control of the cam 19 in the axial direction could also take place either as a function of a pressure other than the flow pressure but variable with the latter, or by hand.
The self-compressor of the. fig. \? is constituted as a whole like the auto-generator described above, with the difference that the compressor elements supply both a reservoir 33 and not the casing 11 surrounding the engine cylinder, said casing being supplied by the rear faces of the compressor elements, pistons which form a purging pump by means of valves 34 and 35.
The adjusting member (not shown in fig. 2) of the injection pump 13 is controlled either by hand or according to the flow pressure of the auto-compressor. Eraser in the auto-generator of FIG. 1. a discharge valve 17 controlled by the cam 19a makes it possible to eliminate the injection by the injector 19. The complementary injector 32 injects at each stroke.
The sliding cam 19a driven in rotation by the motor 20 comprises. juxtaposed in the direction of its axis, five different zones have different bosses (see fig. 4 which shows the development of this cam).
When the area A-B of this cam coacts with the pusher 18, all the races are active races. In zone B-C, the boss now closed the valve 17 extends over 4 hours of the circumference of the cam. The ratio between the neutral races and the active races is therefore equal to 1: 4. This ratio becomes for the zone C -D equal to 2: 3, for the zone DE equal to 3: 2 and for the zone F -F equal to 4: 1.
The cam is controlled by a piston 22 which bears, under the action of the spring 24, on a stop 22a. The tension of said spring is chosen so as to keep the piston 22 in contact with this stop as long as the flow pressure of the auto-compressor, which acts on the opposite face of the piston, does not exceed the normal maximum pressure.
The cam 19a is progressively moved to the right, therefore in the direction of an increase in the number of neutral strokes, when the flow pressure of the autocompressor acting on the piston 22 exceeds said maximum pressure. There is no intermediate position between the brought into position of one of the zones of the cam 19a and the brought into position of the following zone.
The installation of fig. 2 has the following advantage: Up to now, arrangements have been made to allow operation at a very low flow rate, so that the distribution orifices of the engine cylinder of a self-compressor were uncovered before open the discharge valves of the compressor element, so as to ensure the exhaust and the sweeping of the driving element during each run, however small the flow of compressed fluid may be during said stroke, or even if it is not there was no flow (idling).
This position of the distribution orifices only allows, for large flows, in particular the maximum flow rates of the compressor, an unfavorable ratio between, on the one hand, the useful displacement of the engine cylinder (determined by the position of said orifices) and, on the other hand, the geometric displacement of said cylinder (determined by the external dead center of the free pistons).
The installation of fig. 2 does not have this drawback. In fact, in the auto-compressor of this installation, it is possible, without making it impossible to operate at very low flow rates, to place the distribution orifices in places such that when they are sufficiently discovered to ensure complete sweeping. from the engine cylinder, a certain part of the compressed fluid from the compressor element is already delivered, and thus improve the ratio between the useful displacement and the geometric displacement of the engine cylinder.
This is made possible by the fact that in this self-compressor, to obtain very low flow rates, two strokes of sufficient length are interposed to ensure the normal sweeping and supply of the cylinder and producing a certain discharge, one or more strokes. , shorter, no longer permitting the sweeping and feeding of the engine cylinder, but neither giving rise to a discharge of compressed fluid.
The functionnemnent of the installation of fig. 2 is as follows: As long as the flow pressure has not exceeded the. maximum normal pressure, piston 2? and the cam 19., remain in the position represented by said figure and for which. all the races are active races (zone 11-B of the cam 19). In this operating zone, the length of the strokes and, consequently, the flow rate per stroke are regulated by the regulating device (the pump 13.
If, for the low loads of the autocompressor - good (read at this moment, the pump 13 is adjusted so as to cause only minimum active strokes, that is to say strokes for which the orifices -lu engine cylinder are just uncovered to allow the flushing and supply of said cylinder - the pressure (the (flow becomes. greater than the normal maximum pressure, the piston 22 begins at.
move to the left - to insert, (, liter of active strokes, neutral strokes, with incomplete sweep and feed and without backflow, the ratio between the latter and the active strokes being first equal to 1: 4 (zone 13 -C of cam 19a). If this is not enough to return the flow pressure to its maximum normal value, piston 12 continues to move to the left to activate zones CD, DE, etc. of the cam 19, which has the effect of increasing the ratio between the neutral races and the active races.
It should be noted that the air in the engine cylinder of the machine of the fi, g. 2 is sufficient, even for the greatest ratio between neutral races and active races, to ensure combustion of all of the fuel injected. on the one hand, during the neutral strokes, by the injector 32, and, on the other hand, during the active stroke which immediately follows a series of neutral strokes, by the latter injector and the injector 12. Indeed, since the first active stroke which follows a series of neutral strokes is of short length, said total of the different amounts of fuel is not greater than the amount of fuel injected at one time for an active stroke of maximum length .
Of course, a device making it possible to vary the ratio between the number of neutral strokes and that of active strokes could also be applied to installations comprising self-generators with free pisons.
In a variant of the installation of FIG. 2, one could reduce the possible number of active strokes having different lengths, that is to say different strokes during which the openings of the engine cylinder are discovered to allow the complete scanning and feeding of said cylinder and during which compressed fluid is delivered through the discharge valves of the compressor element.
Even in another variant, it is possible, even in another variant, to give the active strokes a length that is substantially constant and substantially equal to the stroke, the maximum possible free pitons and therefore corresponding to the maximum possible flow of pressurized gas per stroke, and to adjust the . Auto-compressor flow rate only by varying the number of strokes without flow with full or zero sweep and feed. interspersed between two consecutive active races.