Autogénérateur à piston libre L'invention a pour objet un autogénérateur de gaz chauds sous pression à piston libre et à pression de marche variable comportant une partie motrice travaillant selon le cycle à deux temps, une partie compresseur aspirant à une pression constante et alimentant ladite partie motrice en air sous pression, un accumulateur pneumatique d'énergie de renvoi du piston libre et un dispositif de réglage de la masse d'air contenue par l'accumulateur en fonction de la pression de marche de l'autogénérateur.
On connaît des autogénérateurs de ce genre dans lesquels le dispositif de réglage de la masse d'air contenue par l'accumulateur est agencé de façon à maintenir au moins approxi mativement constante la pression finale de la compression dans le cylindre moteur, quelle que soit la pression de marche de l'auto- générateur.
L'autogénérateur selon l'invention est ca ractérisé par le fait que ledit dispositif de réglage est agencé de façon telle que, pour toutes les pressions normales de marche au- dessus de la pression correspondant à la marche à vide, la masse d'air, dans l'accumulateur, augmente et diminue lorsque la pression de marche augmente et diminue, de manière que la pression finale<B>de</B> -la compression dans le cylindre moteur augmente et diminue avec la' pression de marche.
Grâce à cette caractéristique, le nombre des oscillations que le piston libre accomplit dans l'unité de temps varie avec la charge de la machine, de façon que l'on obtienne une diminution de la variation que la longueur de course de ce piston devrait autrement subir pour permettre à la machine de fournir la puissance voulue.
L'autogénérateur établi selon l'invention est donc particulièrement souple pour s'adapter aux variations de charge auxquelles il est sou mis lors de son fonctionnement.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'autogénérateur selon l'invention, et deux variantes de celle-ci.
La fig. 1 montre, schématiquement en coupe axiale, cette forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 montrent des diagrammes qui illustrent respectivement les variations de la moyenne des pressions régnant dans l'accu mulateur pneumatique d'éneigie de renvoi et les variations de la pression maximum de compression dans le cylindre moteur, en fonc tion des variations de la moyenne des pressions régnant dans le carter de l'autogénérateur re présenté par la fig. 1. Les fig. 4 et 5 montrent chacune, en coupe axiale, une variante de détail de l'autogénéra- teur de la fig. 1.
La fig. 6 est un diagramme explicatif. L'autogénérateur représenté par la fig. 1 comporte un cylindre moteur 1 dans lequel travaille l'élément moteur 2 d'un piston libre qui est solidaire d'un élément compresseur 3 qui travaille dans un cylindre compresseur 4.
La partie motrice de cet autogénérateur, comportant le cylindre 1 et l'élément 2 du pis ton, travaille selon le cycle Diesel à deux temps. Le cylindre 1 est muni d'un injecteur de combustible S, d'ouvertures d'admission 6 pour l'air de balayage et d'alimentation et d'ouver tures d'échappement 7 d'où sort un mélange constitué par l'excès d'air de balayage et les gaz de combustion incomplètement détendus, ce mélange servant à entraîner, par exemple, une turbine à gaz (non représentée par le des sin).
Les ouvertures 6 et 7 sont commandées par le piston moteur 2.
La partie compresseur de l'autogénérateur comporte l'élément 3 du piston et le cylindre 4, et le compartiment situé du côté intérieur de l'élément 3, c'est-à-dire du côté faisant face à la partie motrice, est muni de soupapes d'ad mission 8 et de soupapes de refoulement 9 ; ces dernières soupapes permettent le refoule ment de l'air comprimé dans ledit comparti ment intérieur dans un carter 10 qui entoure le cylindre moteur 1.
Le compartiment du cylindre 4, se trou vant du côté extérieur de l'élément 3 du pis ton, sert d'accumulateur pneumatique d'énergie de retour. En effet, la masse d'air se trouvant vers l'extérieur de l'élément de piston 3 em magasine, pendant la course de travail de l'élément moteur 2, presque toute l'énergie développée pendant- cette course, dans le cylindre moteur. Lors de la course suivante, cet air, en se détendant, restitue cette énergie au piston libre qui, pendant cette dernière course, comprime l'air se trouvant dans le compartiment intérieur du cylindre 4, refoule cet air dans le carter 10 et comprime l'air de combustion qui se trouve à l'intérieur du cy lindre moteur 1.
Dans le diagramme de la fig. 3, la courbe A représente la variation de la pression de compression finale dans le cylindre moteur, en fonction de la pression p qui règne dans le carter 10. On voit que la pression de compression est, par exemple, égale à 30 atmo sphères, pour la pression minimum<I>pl</I> qui règne dans le carter 10, lors du fonctionnement normal de la machine, pour la marche à vide de l'autogénérateur, tandis que la pression de compression finale atteint une valeur de 70 at mosphères, pour la pression maximum dans le carter qui correspond à la charge maximum.
La masse d'air contenue dans l'accumu lateur est réglée, par un tiroir 12, en fonction de la moyenne des pressions régnant, d'une part, dans l'accumulateur d'énergie et, d'autre part, dans le carter 10. Ce tiroir 12 est relié à un piston 13 travaillant dans un cylindre 14 et divisant ce cylindre en deux chambres dont l'une communique, par une ouverture d'étran glement 15, avec l'intérieur de l'accumulateur d'énergie pneumatique, tandis que l'autre com munique, par un conduit d'étranglement 16, avec une conduite 11 communiquant avec le carter 10.
Sur le piston 13 agit, en outre, un ressort de rappel 17 ayant tendance à amener ou à maintenir le tiroir 12 dans une position dans laquelle l'air d'alimentation peut rentrer dans l'accumulateur, mais pour laquelle l'échap pement d'air hors de l'accumulateur n'est pas possible.
Le tiroir 12 a la forme d'un caisson qui est divisé, par une cloison 18, en deux cham bres 19 et 20. La cloison 18 est percée d'ou vertures commandées par des soupapes de retenue 21 s'ouvrant de façon qu'un écoule ment ne soit possible que de la chambre 19 vers la chambre 20.
Les parois latérales des chambres présen tent des ouvertures 22 et 23 coopérant avec une lumière centrale, communiquant avec le conduit 11, d'une douille de guidage 24 dans laquelle le tiroir 12 peut être déplacé axiale- ment par le piston 13.
- L'emplacement des ouvertures 22 et 23 et la longueur de la douille de guidage 24 sont choisis de façon telle que, lorsque le tiroir 12 est déplacé hors de sa position neutre qui est représentée dans le dessin et pour laquelle les ouvertures 22 et 23 se trouvent fermées par la paroi de la douille 24, l'une des séries d'ou vertures entre en communication avec le con duit<B>11,</B> tandis que l'autre série d'ouvertures entre en communication avec l'intérieur de l'accumulateur d'énergie.
Si, par exemple, par suite d'un mouvement du tiroir 12 vers le haut, les ouvertures 23 entrent en communication avec le conduit 11 et les ouvertures 22 entrent en communication avec l'intérieur de l'accu mulateur, seule une alimentation de l'accumu lateur en air sous pression devient possible, cet air passant alors du compartiment muni des ouvertures 23 et à travers les soupapes de retenue 21 dans le compartiment comportant les ouvertures 22 et, de là, à travers ces der nières ouvertures, dans l'intérieur de l'accumu lateur.
Par contre, si le tiroir 12 est déplacé vers le bas, de sorte que les ouvertures 22 entrent en communication avec le conduit 11 et que les ouvertures 23 entrent en communication avec l'intérieur de l'accumulateur, seule l'éva cuation d'une certaine quantité d'air hors de ce dernier est possible. L'air évacué passe alors à travers les ouvertures 23, les soupapes de retenue 21, les ouvertures 22, dans le conduit 11.
Pour régler la masse d'air dans l'accumu lateur, on pourrait aussi introduire de l'air dans cet accumulateur à partir d'une source distincte du carter 10, et laisser échapper de l'air de l'accumulateur dans l'atmosphère.
L'autogénérateur décrit pourrait être agencé pour que la gamme de ses pressions de marche normale s'étende de 1 à 4 atmosphères effec tives, par exemple. Dans le tableau ci-après, on indique, pour les diverses pressions de marche normale de cet autogénérateur, les moyennes des pressions de l'accumulateur et les pressions de compression finale atteintes dans le cylindre moteur, obtenues.
EMI0003.0008
<I>Tableau</I>
<tb> (tous <SEP> les <SEP> chiffres <SEP> indiqués <SEP> ci-dessous <SEP> s'entendent <SEP> par <SEP> kg/cm' <SEP> eff.)
<tb> P <SEP> marche <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> P <SEP> moyenne <SEP> accumulateur <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,73 <SEP> 2,39 <SEP> 3,05 <SEP> 3,71
<tb> P <SEP> compression <SEP> maximum <SEP> moteur <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 42 <SEP> 55 <SEP> 62 <SEP> 80 Il résulte de ce tableau que la valeur pm de la moyenne des pressions régnant dans l'accumulateur est donnée par la formule sui vante p", = 0,66 Pmarche -I- 1,07.
Ceci donne la courbe B de la fig. 2. D'autre part, dans cette même machine, il existe, pour toutes les pressions de marche, une différence de 0,600 kg/cm2 entre la pres sion de l'air qui se trouve dans le carter 10 et celle du gaz qui sort du générateur, cette dernière pression étant la pression de marche avec laquelle est alimentée la machine récep- trice des gaz moteurs. Par conséquent, il existe la formule Pcarter = Pmarche -!- 0,600 kg/cm2.
En combinant ces deux formules, on trouve
EMI0003.0021
<I>pet <SEP> =</I> <SEP> 0,66 <SEP> Pcarter <SEP> - <SEP> 0,66 <SEP> X <SEP> 0,600 <SEP> -I- <SEP> 1,07
<tb> = <SEP> 0,66 <SEP> Pcarter <SEP> ;- <SEP> 0,68. Dans cette formule, la constante 0,68 dé termine, pour l'exemple en question, la tension du ressort 17, tandis que la valeur 0,66 Pcarter permet d'établir le rapport
EMI0003.0024
des surfaces du piston 13, ce rapport
EMI0003.0025
devant être égal à
EMI0003.0026
La fig. 6 montre l'influence que possède le choix du rapport des surfaces du piston 13 sur l'inclinaison de la courbe
EMI0004.0003
A (fig. 3)
qui représente la variation de la pression finale de compression en fonction de la pression de marche de l'autogénérateur décrit. La fig. 6 montre pour chaque rapport
EMI0004.0007
deux lignes dont la supérieure correspond à la longueur de course maximum, égale, par exemple, à 500 mm, tandis que l'inférieure correspond à la course minimum du piston égale, par exem ple, à 400 mm. Pour chaque rapport la compression finale p dans le cylindre moteur
EMI0004.0010
se situe donc sur l'une des deux lignes corres pondantes ou entre elles.
Le rapport
EMI0004.0012
indiqué dans ce diagramme correspond au rapport existant dans les machines connues pour lesquelles la com pression finale dans le cylindre moteur reste toujours à peu près constante aux environs de 40 atmosphères. On voit, cependant, par ce diagramme que, pour ledit rapport
EMI0004.0013
la compression finale dans le cylindre moteur baisse légèrement dans la zone des pressions de marche, entre 1 et 2,3 atmosphères, lorsque ces dernières pressions montent, cette compres sion reste ensuite à sa valeur minimum pour les pressions de marche entre 2,3 et 3 atmo sphères, et monte enfin légèrement pour les pressions de marche au-dessus de 3 atmo sphères.
Par contre, dans l'autogénérateur décrit, le rapport est tel que la compression finale dans le
EMI0004.0015
cylindre moteur augmente constam ment dans toute la zone des pressions de marche, c'est-à-dire de la pression de 1 atmo sphère effective jusqu'à la pression maximum de 4 atmosphères effectives.
Si le rapport
EMI0004.0016
est égal à 1,52, la compres sion finale dans le cylindre moteur, pour la même gamme de pressions de marche des gaz débités par l'autogénérateur, varie entre environ 40 atmosphères (pression de marche : 1 atmo sphère) et environ 80 atmosphères (pression de marche : 4 atmosphères).
Si le rapport
EMI0004.0018
devient égal à 1,35, la pression finale de compression dans le cylindre moteur est toujours égale à environ 40 atmo- sphères pour une pression de marche d'environ 1 atmosphère et devient égale à environ 110 atmosphères pour une pression de marche de 4 atmosphères.
On verra, par ce qui précède, que la courbe A - indiquée dans la fig. 3 - est réalisée lorsque le rapport
EMI0004.0020
est égal à envi ron 1,52.
La force du ressort 17 détermine le point auquel la ligne B coupe la verticale correspon dant à la valeur p de la pression de débit.
Il est à noter que la ligne B, lorsqu'on fait agir directement sur le piston 13 les moyennes des pressions dans l'accumulateur et dans le carter, affecte la forme d'une ligne droite.
Les variations de pression telles qu'elles résultent des lignes<I>A</I> et<I>B</I> (fig. 3 et 2) con viennent parfaitement bien, au moins dans la période de fonctionnement normal de l'auto- générateur décrit, c'est-à-dire dans la période pendant laquelle la machine, une fois atteint son état thermique normal, travaille entre sa charge minimum (marche à vide) pour laquelle la pression de débit est égale à p' et sa charge maximum correspondant à la pression plau . Cependant, pendant la période de démarrage, lorsque la machine est encore froide, il peut être avantageux d'augmenter la pression finale de compression moteur et, à cet effet, la pres sion moyenne dans l'accumulateur,
au-delà des valeurs indiquées par les lignes<I>A</I> et<I>B,</I> dans la zone s'étendant entre la pression p" et ladite pression p1.
A cet effet, ou bien on peut réduire pen dant la période de démarrage de la machine la force qui est fonction de la moyenne des pressions dans l'accumulateur et qui agit sur la surface<I>S</I><B>2</B> du piston 13, ou bien on peut renforcer la force qui est fonction de la pres sion de marche et qui agit sur la surface SI du piston 13. On transforme ainsi la partie initiale des lignes<I>A</I> et<I>B,</I> de façon à donner à ces parties la forme indiquée par des lignes interrompues dans les fig. 3 et 2 et désignée par<I>A'</I> et<I>B'.</I> Les pressions finales de compres sion moteur qui sont indiquées par la partie A' de la courbe A assurent un démarrage absolu ment sans défaillance.
Dans la variante de la fig. 4, le dispositif de réglage de l'accumulateur est agencé de façon à donner, pendant la période de démar rage, c'est-à-dire entre les pressions pO <I>et pl,</I> les lignes<I>B' et A',</I> et, pendant la période de fonctionnement normal de l'autogénérateur, en tre les pressions<I>pl</I> (marche à vide) et pma-,, les lignes<I>B</I> et<I>A.</I> Cette variante est pourvue, entre l'orifice d'étranglement 15a prévu dans la paroi de l'accumulateur et l'espace se trou vant dans le cylindre 14 au-dessus du piston 13, d'une soupape 25 chargée par un ressort 26 qui agit sur ladite soupape 25, dans le sens de la fermeture,
par l'intermédiaire d'un piston 27 déplaçable dans un cylindre 28. L'extrémité 29 de la tige 30 de cette soupape est appuyée contre le piston 27 par un ressort 31. Le compartiment du cylindre 14 qui se trouve au-dessous du piston 13 communique par un conduit 32, avec le compartiment du cy lindre 28 qui se trouve au-dessus du piston 27.
Au début du démarrage, lorsque la pression dans le carter 10 est égale à p , le ressort 26 agit avec toute sa force, dans le sens de la fermeture de la soupape 25. La moyenne des pressions de l'accumulateur transmise par l'ou verture 15a est donc fortement étranglée en passant par ladite soupape 25. Par consé quent, la pression qui agit sur la surface supé rieure S<B><I>2</I></B> du piston 13 est réduite par rapport à la moyenne des pressions de l'accumulateur qui, normalement, devrait agir sur ladite sur face. Cela a pour effet de permettre au res sort 17 de maintenir le tiroir 12 dans une position pour laquelle il établit la communi cation allant du carter vers l'accumulateur d'énergie, mais interdit la communication de sens inverse.
Au début du démarrage, lorsque la pression p règne dans le carter 10, la moyenne des pressions dans l'accumulateur est ainsi supérieure de OP, à la moyenne des pres sions normales indiquée par la section de la ligne B avec la verticale correspondant à la pression pO. Une augmentation correspondante indiquée par la section de la courbe A' avec la même verticale est obtenue pour la pression finale de compression moteur.
Au fur et à mesure que la pression aug mente dans le carter 10, la force avec laquelle le ressort 26 agit sur la soupape 25 diminue par suite de la transmission, par les conduits 11, 16 et 32, de la moyenne des pressions régnant dans le carter, qui agit sur le piston 27 dans un sens contraire à celui du ressort 26. Au moment où la moyenne des pressions dans le carter atteint la valeur p1, la pression agissant sur le piston 27 équilibre entièrement la force du ressort 26 et la soupape 25 s'ouvre complè tement, cessant ainsi tout effet d'étranglement.
La moyenne des pressions régnant dans l'accu mulateur agit alors intégralement sur le pis ton 13, de sorte que le fonctionnement de l'autdgénérateur devient celui indiqué par les courbes<I>B</I> et<I>A.</I>
La variante représentée par la fig. 5 est pourvue, entre l'accumulateur d'énergie de ren voi et le compartiment du cylindre 14 qui se trouve au-dessus du piston 13, de deux canaux d'étranglement 15b, 15c.
Le canal 15c a une section libre bien infé rieure à la section libre du canal 15b et ce dernier canal débouche dans le cylindre 14, en un endroit qui se trouve à une certaine dis tance du fond dudit cylindre, fond dans lequel est percé le canal 15c. Par suite de ladite disposition du canal<I>15b,</I> l'ouverture avec la quelle ce canal débouche dans le cylindre 14 se trouve fermée par le piston 13, au début de la période de démarrage, étant donné qu'à ce moment, le ressort 17 pousse le piston 13 vers le haut, contre le fond du cylindre 14 comportant le canal 15c, le tiroir 12 se trou vant ainsi dans une position dans laquelle l'air de l'accumulateur ne pourra pas s'échapper vers le carter 10.
Le canal d'étranglement 15c, par suite de son petit diamètre, aussi longtemps qu'il constitue la seule communication entre le cylindre 14 et l'accumulateur d'énergie, retarde l'établissement, dans le cylindre 14 au-dessus du piston 13, d'une pression égale à la moyenne des pressions régnant dans l'accumulateur. Le dispositif de la fig. 5 travaille donc, lors de la période de démarrage, de façon à assurer le fonctionnement indiqué par les courbes A' et B' des fig. 2 et 3.
Cependant, lorsque le piston 13 sera repoussé par la pression agissant sur sa surface supérieure S', jusqu'à un endroit où il libère l'ouverture par laquelle le canal 15b débouche dans le cylindre 14, la pression ré gnant sur la surface S= deviendra égale à la moyenne des pressions régnant dans l'accumu lateur et le fonctionnement normal du dispo sitif de réglage assurant un fonctionnement, selon les courbes<I>B</I> et<I>A</I> des fig. 2 et 3, com mencera.
Bien entendu, on pourrait obtenir un fonc tionnement du dispositif de réglage de l'auto- générateur décrit analogue à celui indiqué ci- dessus, en renforçant pendant la période. de démarrage, la pression qui agit sur la surface inférieure SI du piston 13, au lieu de diminuer, pendant ladite période, la pression qui agit sur la surface supérieure S2 de ce même piston.
Les autogénérateurs auxquels se rapportent les fi-. 4 et 5 auront comme principaux avan tages la rapidité avec laquelle leur fonction nement s'adapte à chaque variation de la charge, la simplicité de leur construction et la sécurité de leur fonctionnement, notamment la sécurité avec laquelle on obtient leur démar rage.