Machine à au moins un piston libre L'invention a pour objet une machine à au moins un piston libre dont la partie motrice travaillant selon le cycle à deux temps, est alimentée en combusti ble par une pompe d'injection qui injecte du com bustible dans la partie motrice lorsque le piston libre se trouve au voisinage de son point mort intérieur et qui comporte un organe de réglage du débit qui est commandé en fonction de la charge de la machine.
Une des caractéristiques des machines à pistons libres consiste dans le fait que la longueur de la course de leurs pistons est variable entre certaines limites. Cette variation de la longueur de course se traduit principalement par une variation du point mort extérieur des pistons, c'est-à-dire du point mort que les pistons atteignent sous l'effet de la com bustion du combustible qui a été introduit dans le cylindre moteur de la machine.
Par contre, le point mort intérieur, c'est-à-dire le point mort que les pis tons atteignent à la fin de la course lors de laquelle a lieu la compression dans le cylindre moteur, qui travaille selon le cycle à deux temps, ne varie prati quement pas, au moins aussi longtemps que la pres sion d'alimentation dudit cylindre moteur reste, au moins approximativement, inchangée.
La variation du point mort extérieur doit cepen dant rester entre certaines limites ; c'est ainsi que le point mort extérieur minimum, c'est-à-dire le point mort extérieur correspondant à la course minimum, résulte de la nécessité de faire découvrir, par les éléments moteurs des pistons après chaque course vers l'extérieur, les ouvertures d'admission et d'échappement du cylindre moteur. Par contre, le point mort extérieur maximum est déterminé par la nécessité d'empêcher tout contact des pistons avec le fond de leur cylindre respectif.
Jusqu'à présent, on a maintenu le point mort extérieur entre lesdites limites à l'aide de butées ayant généralement la forme de cames, qui impo saient à la quantité de combustible introduit dans le cylindre moteur des limites, inférieures et supé rieures, à ne pas dépasser. Cependant, en utilisant ces, cames, dont l'action n'était pas directement fonc tion du point mort extérieur (P.M.E.) momentané, il fallait admettre des marges de sécurité afin de tenir compte du déréglage éventuel de la machine. C'est pourquoi l'utilisation de ces cames rétrécissait la zone à l'intérieur de laquelle le P.M.E. extérieur était réellement variable.
De plus, entre les limites déterminées par les susdites cames; la longueur des courses pouvait subir des variations indésirées dues également à des dérèglements et non pas à des variations dé la charge de la machine.
L'invention a pour but de remédier à ces incon vénients et, à cet effet, la machine selon l'inven tion est caractérisée par un dispositif correcteur de la quantité de combustible injectée, comprenant des moyens d'emmagasinage coopérant avec la pompe d'injection et commandés en fonction de la position du point mort extérieur que le piston libre atteint. à chaque course vers l'extérieur, de telle façon que, chaque fois que la pompe d'injection est actionnée, elle doive, avant d'injecter du combustible dans la dite partie motrice,
d'abord débiter dans lesdits moyens d'emmagasinage une quantité de combusti ble fonction de la position de point mort extérieur atteinte par le piston libre lors de la course précé dente, de façon que la quantité de combustible in- jectée soit égale à la, différence entre le débit total de la pompe et la quantité de combustible débitée dans les moyens d'emmagasinage.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, ainsi que des variantes.
La fig. 1 montre, schématiquement et en coupe partielle, cette forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 montrent deux variantes d'un détail de cette forme d'exécution.
La fig. 4 est un diagramme illustrant le fonction nement de cette forme d'exécution.
La fig. 5 montre la pompe et le dispositif correc teur d'une variante de ladite forme d'exécution. L'autogénérateur représenté par la fig. 1 com porte un cylindre moteur 1, muni, au voisinage de ses extrémités, d'ouvertures d'admission 2 et d'échappement 3, en outre deux cylindres compres seurs 4 (un seul étant représenté dans la fig. 1) munis de soupapes d'admission 5 et de refoulement 6 et placés de part et d'autre du cylindre moteur,
et enfin un carter 7 entourant le cylindre moteur 1 et servant de réservoir à l'air d'alimentation et de balayage du cylindre moteur 1, les soupapes de refoulement 6 étant disposées dans des cloisons 8 qui. séparent le carter 7 de chacun des cylindres compresseurs 4.
Dans le cylindre moteur 1 travaillent les élé ments moteurs 9 des deux pistons libres opposés. Chacun des éléments moteurs 9 est solidaire d'un élément compresseur 10 du piston libre qui divise le cylindre 4 correspondant en deux compartiments 11 et 12 dont celui 11, situé du côté du cylindre moteur 1 et comportant les soupapes 5 et 6, consti tue l'espace compresseur, tandis que l'autre compar timent 12 constitue un accumulateur d'énergie de retour dont la masse d'air (matelas)
emmagasine de l'énergie pendant la course du piston 9, 10 vers l'ex térieur (course pendant laquelle a lieu la combus tion du combustible dans le cylindre moteur et l'as piration d'air frais dans le compartiment 11 du cy lindre compresseur) et restitue cette énergie au piston libre lors de sa course vers l'intérieur (course pendant laquelle ont lieu les compressions dans le cylindre moteur et dans le compartiment 11 du cylin dre compresseur).
L'injection du combustible dans le cylindre moteur 1, dans lequel les éléments moteurs 9 tra- vaillent selon le cycle à deux temps, a lieu à l'aide d'un injecteur 13, disposé dans le plan transversal central du cylindre moteur 1. L'injection du combus- tible a lieu au moment où les pistons se trouvent près de leur point mort intérieur (position représen tée par la fig. 1).
Le combustible brûle avec l'air hautement comprimé qui se trouve à ce moment entre les deux éléments de piston opposés 9, 9. Par suite de cette combustion, les pistons, 9, 10 seront chassés vers l'extérieur pour s'arrêter dans leur point mort extérieur lorsque l'énergie motrice due à cette combustion a été absorbée par les énergies résistan tes constituées par l'énergie emmagasinée dans les accumulateurs 12, l'énergie nécessaire pour aspirer de l'air frais dans le compartiment 11 et les fric tions..
La course vers l'extérieur doit être au moins suffisamment longue pour que les éléments moteurs 9 découvrent les ouvertures d'admission 2 et d'échappement 3 du cylindre moteur 1, afin que l'air de balayage et d'alimentation puisse rentrer dans le cylindre moteur 1 à travers les ouvertures 2 et pour que les gaz de combustion incomplètement détendus avec l'excès de l'air de balayage puissent sortir par les ouvertures d'échappement 3, d'où ce mélange de gaz et d'air sous pression est amené par une con duite 14 vers un récepteur de gaz moteurs, par exemple une turbine.
Les mouvements opposés des pistons 9, 10 sont synchronisés par un dispositif de synchronisation à leviers croisés 15, 16 et bielles 17, 18, 19 et 20, relié par les articulations 21 et 22 à des tiges 23, 24 solidaires respectivement de l'un et de l'autre des pistons 9, 10.
L'injecteur 13 est alimenté en combustible par une pompe d'injection 25 aspirant le combustible à travers une conduite 26 et refoulant le combusti ble dans une conduite 27 qui relie le refoulement de la pompe 25 à l'injecteur 13. Le piston de la pompe: est commandé par une came 28 qui est fixée sur une tige 29 solidaire du piston 9, 10 de droite et traversant de façon étanche le couvercle du cylindre 4.
La came 28 est agencée et disposée de façon telle que le refoulement de la pompe et l'injection à tra vers l'injecteur aient lieu, au moins approximative ment, au moment où les pistons sont dans leur point mort intérieur. Le réglage de la quantité de com bustible débitée par la pompe est effectué à l'aide d'une crémaillère 30 susceptible de faire tourner le piston de la pompe autour de son axe longitudinal. Cette crémaillère est déplacée, par exemple, en fonc tion de la vitesse de la turbine qui est entraînée par les gaz moteurs débités par l'autogénérateur.
La quantité du combustible injecté par l'injec teur 13 dépend non seulement de la position de l'or gane de réglage 30, mais également d'un dispositif correcteur qui travaille directement en fonction du point mort extérieur des pistons libres 9, 10 afin d'exercer un effet correcteur au moins dans les pério des où les pistons libres atteignent, en fin de course vers l'extérieur, des points morts extérieurs voisins du point mort extérieur minimum admissible ou du point mort extérieur maximum admissible.
L'effet correcteur de ce dispositif est tel que, lorsque les pistons libres se trouvent au voisinage de la limite inférieure de leur point mort extérieur (P.M.E. mini mum), il y a une brusque augmentation de la quan tité du combustible injectée, lorsque la longueur de la course a tendance à descendre au-dessous de sa valeur minimum permissible. Cette augmentation rapide du combustible, pour des raccourcissements inadmissibles de la longueur de course, a pour effet de rétablir tout de suite la longueur minimum de course.
De façon analogue, lorsque les équipages mobiles accomplissent des courses voisines de la longueur maximum admissible de course, tout déplacement au-delà du P.M.E. maximum admissible produit une diminution rapide du combustible injecté dans le cylindre moteur, ce qui ramène la longueur de course à sa valeur maximum admissible.
Ce dispositif correcteur comprend une con duite 31 branchée sur la conduite de refoulement 27 de la pompe d'injection 25 et reliée au cylindre 32 d'une pompe auxiliaire dont le piston est désigné par 33. Lorsque ce piston remonte, à partir de sa posi tion la plus basse, qui est celle indiquée dans la fig. 1, il découvre immédiatement un orifice 34 par lequel une conduite de by-pass 35, branchée sur la conduite 31 et comportant une soupape de retenue 36, débouche dans la paroi du cylindre 32.
Par con séquent, le combustible refoulé par le piston 33, pendant sa montée dans le cylindre 32, passe par la conduite du by-pass 35 dans une gorge 37 du piston 33 d'où ce combustible peut s'échapper à l'extérieur, par exemple dans un réservoir, par une conduite 38. Lorsque le piston 33, après avoir terminé sa course ascendante, redescend dans le cylindre 32, il crée dans ce cylindre un vide dont l'importance dépend de l'importance de la course ascendante dudit piston. C'est ce vide que la pompe 25 devra d'abord com bler avant de pouvoir alimenter en combustible l'in jecteur 13.
Le piston 33 de la pompe auxiliaire est com mandé lorsque le piston 9, 10 s'approche de son point mort extérieur par une came 39 qui est fixée également sur la tige 29 et qui est solidaire de la came 28 -qui commande le piston de la pompe d'in jection 25. La came 39, qui agit sur le piston 33, par l'intermédiaire d'un galet 40, comporte à ses extré mités deux rampes 39a et 39b entre lesquelles la surface de la came comporte une partie horizontale 39c.
La partie 39b intervient lorsque le piston libre tend à s'arrêter avant son P.M.E. minimum admissi ble, tandis que la partie 39a intervient lorsque le piston libre tend à dépasser le P.M.E. maximum admissible. Enfin, la partie 39c intervient pour des courses moyennes pour lesquelles les P.M.E. restent entre les P.M.E. minimum et maximum admissibles.
L'effet de correction de la pompe auxiliaire 32, 33 résulte clairement du diagramme de la fig. 4. Dans ce diagramme, les abscisses C correspondent aux longueurs de course et .les, ordonnées Q corres pondent aux quantités de combustible injectées par course dans le cylindre moteur.
A une pression donnée de marche, la longueur de la course, et par conséquent la quantité d'air comprimée et refoulée par le piston 10, ainsi que la quantité des gaz moteurs sortant des ouvertures d'échappement 3 du cylindre moteur 1, sont approxi mativement proportionnelles au débit du combustible injecté dans ledit cylindre, ce .débit dépendant en premier lieu de la position de l'organe de réglage 30 de la pompe d'injection 25, cet organe étant com mandé par le régulateur de la turbine alimentée par l'autogénérateur. Il est supposé que, sous l'influence de l'organe de réglage 30,
le débit en volume de la pompe d'injection 25 varie, pour les différentes lon gueurs de course dont les points morts extérieurs sont compris entre les P.M.E. minimum et maxi mum admissibles selon la ligne droite a. En même temps, le volume du vide produit par la pompe auxi liaire 32, 33 commandée par la came 39, varie en fonction de la course selon la courbe b de la fig. 4.
La quantité de combustible réellement injectée dans le cylindre moteur, pour chaque longueur de course, étant égale à la différence entre les volumes indi qués par les lignes<I>a</I> et<I>b,</I> varie donc en fonction de la course selon la courbe c de la fig. 4. On voit, par cette dernière courbe, que la quantité de com bustible injectée s'accroît rapidement lorsque la lon gueur de course a tendance à devenir inférieure à sa valeur minimum admissible correspondant au P.M.E. minimum admissible.
Cette tendance est donc immé- diatement et effectivement combattue et la course des pistons libres conserve au moins sa valeur mini mum. Inversement, lorsque la longueur de course a tendance à dépasser sa limite supérieure admissi ble correspondant au P.M.E. maximum admissible, la quantité de combustible injectée diminue rapide ment, de sorte que le dépassement de la limite supé rieure de la course est empêché immédiatement.
Tant que le P.M.E. reste entre les valeurs minimum et maximum admissibles, le volume de vide produit par la pompe reste constant. L'action correctrice due à la pompe auxiliaire 32, 33 intervenant immédiate ment d'une course à l'autre, les marges de sécurité, qu'on avait dû prévoir jusqu'à présent et qui rédui saient considérablement les possibilités de variation de course des pistons libres, peuvent être diminuées considérablement.
Le dispositif correcteur rend superflue l'utilisa- tion de cames formant butées qui limitent le champ à l'intérieur duquel l'organe de réglage 30 de la pompe d'injection peut être déplacé. Cependant, dans certains cas, il pourrait être utile de pourvoir l'or gane de réglage 30 de ces cames-butées. Dans ce cas, toutefois, il est possible, grâce au dispositif cor recteur, d'élargir considérablement les écarts entre les butées minimum et maximum.
Lorsque la came qui commande la pompe auxi liaire a la forme indiquée par la fig. 1 (le fonction nement de la pompe est alors celui indiqué par la courbe b de la fig. 4), cette pompe a un effet cor- recteur seulement au voisinage des limites à l'inté rieur desquelles les courses doivent être maintenues. En donnant à la came la forme de l'une des varian tes des fig. 2 et 3,
on peut étendre l'action correc- trice de la pompe sur toute la gamme des longueurs de course permissibles.
Dans la variante de la fig. 2, la came 41, qui commande le piston de la pompe auxiliaire, a une inclinaison uniforme sur toute sa longueur. Par con séquent, la pompe auxiliaire a un effet correcteur uniforme, quelle que soit la valeur de la course momentanée qui correspond à la charge de l'instal lation.
Dès que la course de l'équipage des pistons libres 9, 10 a tendance à s'écarter de la valeur cor respondant à la charge momentanée de l'installation, la pompe auxiliaire intervient pour rétablir la valeur normale de la longueur de course en provoquant, par une course trop longue, une réduction de la quan tité de combustible à injecter et, pour une course trop petite, une augmentation du combustible à injec ter. Il est clair que, à ses extrémités, l'action cor rectrice de la came aura pour effet de maintenir le P.M.E. entre les positions limites permissibles.
Dans la variante de la fig. 3, la came 42 pos sède trois rampes 42, ,, 42,, , 42,, parmi lesquelles les rampes 42, et 42b, , qui interviennent lorsque la longueur de course s'approche respectivement de ses valeurs maximum et minimum permissibles, ont une plus forte pente que la rampe 42, qui se trouve entre les rampes 42, et 42,, et qui intervient pour les courses de longueurs moyennes.
Au voisinage des limites minimum et maximum de longueur de course, l'action correctrice de la pompe est donc plus énergique qu'à l'intérieur de la gamme selon laquelle les longueurs de courses sont variables.
La variante à laquelle se rapporte la fig. 5 com prend un cylindre moteur pourvu d'un injecteur principal à injection directe et au moins un injecteur à préchambre.
La pompe d'injection représentée à la fig. 5 comprend un piston que l'on peut faire tourner autour de son axe à l'aide de l'organe de réglage 30 et qui comporte une rampe de commande 44 qui, selon la position angulaire du piston 43, découvre plus ou moins tard, lors de sa course ascendante, l'orifice 45 par lequel la conduite d'aspiration 46 débouche dans le cylindre 47 dans lequel travaille le piston 43. Le refoulement de liquide, par le pis ton 43, s'arrête au moment où l'orifice 45 commence à être découvert par la rampe 44.
Le piston 43 refoule, lorsque l'orifice 45 se trouve fermé, le combustible qui se trouve à l'intérieur du cylindre 47, d'abord à travers une soupape de rete nue 48 dans un accumulateur 49 qui est l'accumula teur desservant l'injecteur à préchambre. Le piston 50, qui travaille dans l'accumulateur 49, se trouve sous l'action d'un deuxième piston 51 sur lequel agit la pression d'air qui règne dans un espace 52 ainsi que sous l'action d'un ressort 53. Le mouvement des pistons 50 et 51 vers le haut, sous l'effet du com bustible, qui est refoulé dans l'accumulateur 49 par le piston 43, est limité par une butée 54.
La quan tité de combustible qui est emmagasinée dans l'ac cumulateur 49 est, par conséquent, contante, d'où il résulte que la quantité de combustible, injectée par l'injecteur à préchambre, est également constante.
Après avoir rempli l'accumulateur 49 de la quantité de combustible déterminée par la position de la butée 54, le piston 43 refoule le restant du combustible à travers une soupape 55 dans un deuxième accumulateur 56 qui sert à alimenter l'in jecteur à injection directe à travers une conduite 27a. Dans ce deuxième accumulateur travaille un piston 57 qui se trouve sous l'action d'un deuxième piston 58, déplaçable dans la chambre 52 et qui est chargé par l'air sous pression se trouvant dans cette chambre ainsi que par un ressort 59.
Les dimen sions respectives des pistons 50 et 51, ainsi que celles des pistons 57 et 58 et les tensions des res sorts 53 et 59, sont choisies de façon telle que le tarage du piston 50 de l'accumulateur 49 soit légè rement inférieur au tarage du piston 57 de l'accu- mulateur 56 afin d'assurer la suite, telle que décrite, des opérations de remplissage des deux accumula teurs.
Lorsque le piston 43 atteint sa position la plus haute dans le cylindre 47, il soulève, par sa surface frontale, une soupape creuse 60 qui supporte à son intérieur la soupape susmentionnée 55 et qui, dans sa position normale, ferme par sa tête 61 l'accumu lateur 56 par rapport à la conduite 27a. Cependant, au moment où le piston 43 soulève la soupape 60, la communication est établie entre l'accumulateur 56 et la conduite 27a et le contenu en combustible de cet accumulateur est injecté par l'injecteur à in jection directe.
L'injection du combustible par l'injecteur à pré chambre, qui suit immédiatement celle effectuée par l'injecteur à injection directe, est commandée par un distributeur 62 déplaçable dans un cylindre 63 et comportant une gorge 64 qui est située derrière sa tête 65. Dans la paroi du cylindre 63 débouchent, à des niveaux différents, deux conduites, l'une désignée par 66 et comportant une soupape de retenue 67, et reliée par la conduite 68 à l'accumulateur 49, tandis que l'autre 69 est reliée à l'injecteur à pré chambre.
L'alimentation de l'injecteur à préchambre, à partir de l'accumulateur 49, a lieu au moment où le distributeur 62 se trouve dans sa position haute dans laquelle sa gorge 64 fait communiquer la con duite 66 avec la conduite 69.
La commande au moment correct, c'est-à-dire au moment où les pistons libres arrivent au voisinage de leur point mort intérieur (P.M.I.), du piston 43 et du distributeur 62 a lieu à l'aide d'une came 70 qui agit sur deux leviers 71 et 72, dont le premier provoque la course ascendante du piston 43, tandis que le deuxième provoque la course ascendante du distributeur 62. La course descendante de ces deux organes 43 et 62 est assurée respectivement par un ressort 73 et par un ressort 74.
La came 70 accom plit un mouvement oscillant autour de l'axe de son arbre 75, relié à l'axe du levier oscillant 15 du dis positif de synchronisation, étant donné que c'est ce levier 15 qui accomplit des battements angulaires importants au moment où les équipages mobiles se trouvent au voisinage de leur point mort intérieur.
La pompe auxiliaire de correction comprend un piston 76, qui peut se déplacer dans un cylindre 77 et qui est actionné par un levier 78, commandé par une came 79. Cette came, qui oscille autour de l'axe de son arbre 80,a une forme qui équivaut à celle de l'une des cames 39, 41 et 42 montrées res pectivement aux fig. 1, 2 et 3.
Le piston 76, devant être déplacé au moment où les pistons libres se trou vent au voisinage de leur point mort extérieur, on fait entraîner l'arbre 80 de la came 79 par l'axe du levier 16 du dispositif de synchronisation, ce der nier levier accomplissant des battements angulaires importants au moment où les pistons libres se trou vent au voisinage de leur point mort extérieur.
Il en résulte que, lorsque le piston 76 est com mandé par la came 79, le piston 43 et le distributeur 62 sont dans leur position la plus basse. Il est à noter ici que, dans cette position, le distributeur 62 découvre, par la face supérieure de sa partie 65 (voir la ligne interrompue transversale indiquant le niveau de cette surface pour la position la plus basse du piston distributeur), l'orifice par lequel la conduite 66 débouche dans le cylindre 63.
Le cylindre 77 communique avec les susdites conduites 68 et 66. Lorsque le piston 76 fait son mouvement ascendant, il refoule le liquide contenu dans le cylindre 77 à travers la soupape de retenue 67 et la conduite 66 dans la partie du cylindre 63 qui se trouve au-dessus de la surface supérieure du pis ton 62, 65, partie qui communique constamment par une conduite 81 avec la conduite d'alimentation 46 de la pompe d'injection. Le liquide refoulé par le piston 76 peut donc s'échapper librement dans cette conduite 46.
Lorsque ensuite le piston 76 redes cend., il crée un vide dans le cylindre 77 dont l'im portance dépend de la position du P.M.E. des pis tons libres. Le piston 43, lors de son actionnement suivant, doit d'abord combler ce vide avant qu'il ne puisse commencer le remplissage de l'accumulateur 49. On voit donc que, dans ce cas, le dispositif correcteur fonctionne de la même façon que dans le cas de la machine de la fig. 1.
Dans une autre forme d'exécution, la machine pourrait être un moto-compresseur à pistons libres.
Machine with at least one free piston The subject of the invention is a machine with at least one free piston, the driving part of which, working according to the two-stroke cycle, is supplied with fuel by an injection pump which injects fuel into the machine. the driving part when the free piston is in the vicinity of its internal dead center and which comprises a flow rate adjustment member which is controlled as a function of the load of the machine.
One of the characteristics of free-piston machines is that the length of the stroke of their pistons is variable between certain limits. This variation of the stroke length is reflected mainly by a variation of the outside dead center of the pistons, that is to say of the dead center that the pistons reach under the effect of the combustion of the fuel which has been introduced into the fuel. engine cylinder of the machine.
On the other hand, the internal dead center, that is to say the neutral point that the pis tons reach at the end of the stroke during which the compression takes place in the engine cylinder, which works according to the two-stroke cycle, does not vary substantially, at least as long as the supply pressure to said engine cylinder remains, at least approximately, unchanged.
However, the variation of the external dead center must remain between certain limits; this is how the minimum external dead center, that is to say the external dead center corresponding to the minimum stroke, results from the need to discover, by the driving elements of the pistons after each outward stroke, engine cylinder intake and exhaust openings. On the other hand, the maximum external dead center is determined by the need to prevent any contact of the pistons with the bottom of their respective cylinder.
Until now, the external dead center has been maintained between said limits by means of stops generally having the shape of cams, which imposed on the quantity of fuel introduced into the engine cylinder limits, lower and upper, to not to exceed. However, by using these cams, the action of which was not directly dependent on the momentary external dead center (P.M.E.), it was necessary to allow safety margins in order to take into account the possible maladjustment of the machine. This is why the use of these cams narrowed the area within which the outside P.M.E. was really variable.
In addition, between the limits determined by the aforesaid cams; the length of the strokes could undergo unwanted variations also due to disturbances and not to variations in the load on the machine.
The object of the invention is to remedy these drawbacks and, to this end, the machine according to the invention is characterized by a device for correcting the quantity of fuel injected, comprising storage means cooperating with the pump. injection and controlled according to the position of the external dead center that the free piston reaches. on each outward stroke, so that each time the injection pump is actuated, it must, before injecting fuel into said driving part,
firstly to discharge into said storage means a quantity of fuel which is a function of the external dead center position reached by the free piston during the preceding stroke, so that the quantity of fuel injected is equal to the, difference between the total pump flow rate and the quantity of fuel delivered to the storage means.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention, as well as variants.
Fig. 1 shows, schematically and in partial section, this embodiment.
Figs. 2 and 3 show two variants of a detail of this embodiment.
Fig. 4 is a diagram illustrating the operation of this embodiment.
Fig. 5 shows the pump and the correcting device of a variant of said embodiment. The autogenerator represented by FIG. 1 com carries an engine cylinder 1, provided, in the vicinity of its ends, with intake 2 and exhaust 3 openings, in addition two compressor cylinders 4 (only one being shown in FIG. 1) provided with valves intake 5 and delivery 6 and placed on either side of the engine cylinder,
and finally a casing 7 surrounding the engine cylinder 1 and serving as a reservoir for the supply and scavenging air of the engine cylinder 1, the discharge valves 6 being arranged in partitions 8 which. separate the crankcase 7 from each of the compressor cylinders 4.
In the engine cylinder 1 work the engine elements 9 of the two opposing free pistons. Each of the driving elements 9 is integral with a compressor element 10 of the free piston which divides the corresponding cylinder 4 into two compartments 11 and 12, one of which 11, located on the side of the engine cylinder 1 and comprising the valves 5 and 6, constitutes the compressor space, while the other compartment 12 constitutes a return energy accumulator, the air mass of which (mattress)
stores energy during the outward stroke of piston 9, 10 (stroke during which the combustion of fuel in the engine cylinder takes place and the intake of fresh air into compartment 11 of the compressor cylinder ) and restores this energy to the free piston during its inward stroke (stroke during which compressions take place in the engine cylinder and in compartment 11 of the compressor cylinder).
The injection of the fuel into the engine cylinder 1, in which the engine elements 9 operate according to the two-stroke cycle, takes place by means of an injector 13, arranged in the central transverse plane of the engine cylinder 1. The fuel injection takes place when the pistons are near their internal dead center (position shown in fig. 1).
The fuel burns with the highly compressed air which is at this moment between the two opposed piston elements 9, 9. As a result of this combustion, the pistons, 9, 10 will be forced outwards to stop in their position. outside dead point when the motive energy due to this combustion has been absorbed by the resistive energies constituted by the energy stored in the accumulators 12, the energy necessary to suck fresh air into the compartment 11 and the frictions ..
The outward stroke must be at least long enough for the driving elements 9 to discover the intake 2 and exhaust 3 openings of the engine cylinder 1, so that the purging and supply air can enter the engine cylinder 1 through the openings 2 and so that the combustion gases incompletely expanded with the excess purge air can exit through the exhaust openings 3, hence this mixture of gas and pressurized air is brought by a duct 14 to an engine gas receiver, for example a turbine.
The opposing movements of the pistons 9, 10 are synchronized by a synchronization device with crossed levers 15, 16 and connecting rods 17, 18, 19 and 20, connected by the joints 21 and 22 to rods 23, 24 secured respectively to one and on the other side of the pistons 9, 10.
The injector 13 is supplied with fuel by an injection pump 25 sucking the fuel through a pipe 26 and discharging the fuel into a pipe 27 which connects the discharge of the pump 25 to the injector 13. The piston of the pump: is controlled by a cam 28 which is fixed on a rod 29 integral with the piston 9, 10 on the right and sealingly passing through the cover of the cylinder 4.
The cam 28 is arranged and disposed such that the delivery of the pump and the injection through the injector take place, at least approximately, when the pistons are in their internal dead center. The amount of fuel delivered by the pump is adjusted by means of a rack 30 capable of rotating the pump piston around its longitudinal axis. This rack is moved, for example, as a function of the speed of the turbine which is driven by the engine gases supplied by the autogenerator.
The quantity of fuel injected by the injector 13 depends not only on the position of the adjusting member 30, but also on a corrective device which works directly as a function of the external dead center of the free pistons 9, 10 in order to '' exert a corrective effect at least in the periods where the free pistons reach, at the end of their outward travel, external dead centers close to the minimum admissible external dead center or the maximum admissible external dead center.
The corrective effect of this device is such that, when the free pistons are in the vicinity of the lower limit of their external dead center (PME minimum), there is a sudden increase in the quantity of fuel injected, when the stroke length tends to fall below its minimum allowable value. This rapid increase in fuel, for inadmissible shortening of the stroke length, has the effect of immediately restoring the minimum stroke length.
Similarly, when mobile crews complete strokes close to the maximum allowable stroke length, any displacement beyond the maximum allowable PME produces a rapid decrease in the fuel injected into the engine cylinder, which brings the stroke length back to its minimum. maximum admissible value.
This correcting device comprises a conduit 31 connected to the delivery line 27 of the injection pump 25 and connected to the cylinder 32 of an auxiliary pump, the piston of which is designated by 33. When this piston rises, from its position lowest tion, which is that shown in fig. 1, he immediately discovers an orifice 34 through which a bypass line 35, connected to line 31 and comprising a check valve 36, opens into the wall of cylinder 32.
Consequently, the fuel delivered by the piston 33, during its rise in the cylinder 32, passes through the pipe of the bypass 35 in a groove 37 of the piston 33 from which this fuel can escape to the outside, for example in a reservoir, through a pipe 38. When the piston 33, after having completed its upward stroke, descends again in the cylinder 32, it creates in this cylinder a vacuum whose size depends on the size of the upward stroke of said cylinder. piston. It is this vacuum that the pump 25 must first fill before being able to supply fuel to the injector 13.
The piston 33 of the auxiliary pump is controlled when the piston 9, 10 approaches its external dead center by a cam 39 which is also fixed to the rod 29 and which is integral with the cam 28 - which controls the piston of the injection pump 25. The cam 39, which acts on the piston 33, via a roller 40, has at its ends two ramps 39a and 39b between which the surface of the cam has a horizontal part 39c.
Part 39b occurs when the free piston tends to stop before its minimum permissible P.M.E., while part 39a occurs when the free piston tends to exceed the maximum allowable P.M.E.. Finally, part 39c intervenes for average races for which the P.M.E. remains between the minimum and maximum admissible P.M.E.
The corrective effect of the auxiliary pump 32, 33 clearly results from the diagram of FIG. 4. In this diagram, the abscissas C correspond to the stroke lengths and the ordinates Q correspond to the quantities of fuel injected per stroke into the engine cylinder.
At a given operating pressure, the length of the stroke, and consequently the quantity of air compressed and delivered by the piston 10, as well as the quantity of the engine gases leaving the exhaust openings 3 of the engine cylinder 1, are approximated. matively proportional to the flow rate of the fuel injected into said cylinder, this flow rate depending in the first place on the position of the adjustment member 30 of the injection pump 25, this member being controlled by the regulator of the turbine supplied by the autogenerator. It is assumed that, under the influence of the regulator 30,
the volume flow rate of the injection pump 25 varies, for the different stroke lengths of which the external dead centers are between the minimum and maximum permissible P.M.E. according to the straight line a. At the same time, the volume of the vacuum produced by the auxiliary pump 32, 33 controlled by the cam 39, varies as a function of the stroke according to the curve b of FIG. 4.
The quantity of fuel actually injected into the engine cylinder, for each stroke length, being equal to the difference between the volumes indicated by the lines <I> a </I> and <I> b, </I> therefore varies as a function of the stroke according to the curve c in fig. 4. It can be seen from this last curve that the quantity of fuel injected increases rapidly when the stroke length tends to fall below its minimum admissible value corresponding to the minimum admissible P.M.E..
This tendency is therefore immediately and effectively combated and the stroke of the free pistons retains at least its minimum value. Conversely, when the stroke length tends to exceed its upper allowable limit corresponding to the maximum allowable P.M.E., the quantity of fuel injected decreases rapidly, so that the exceeding of the upper limit of the stroke is immediately prevented.
As long as the P.M.E. remains between the minimum and maximum admissible values, the vacuum volume produced by the pump remains constant. The corrective action due to the auxiliary pump 32, 33 intervening immediately from one stroke to another, the safety margins, which had to be foreseen until now and which considerably reduced the possibilities of stroke variation free pistons, can be reduced considerably.
The correcting device makes unnecessary the use of cams forming stops which limit the field within which the regulating member 30 of the injection pump can be moved. However, in certain cases, it might be useful to provide the adjustment device 30 with these stop cams. In this case, however, it is possible, thanks to the corrective device, to considerably widen the distances between the minimum and maximum stops.
When the cam which controls the auxiliary pump has the shape shown in fig. 1 (the operation of the pump is then that indicated by curve b in fig. 4), this pump has a correcting effect only in the vicinity of the limits within which the strokes must be maintained. By giving the cam the shape of one of the variations of figs. 2 and 3,
the corrective action of the pump can be extended over the whole range of permissible stroke lengths.
In the variant of FIG. 2, the cam 41, which controls the piston of the auxiliary pump, has a uniform inclination over its entire length. Consequently, the auxiliary pump has a uniform correcting effect, whatever the value of the momentary stroke which corresponds to the load of the installation.
As soon as the stroke of the crew of the free pistons 9, 10 tends to deviate from the value corresponding to the momentary load of the installation, the auxiliary pump intervenes to restore the normal value of the stroke length by causing , by a stroke that is too long, a reduction in the quantity of fuel to be injected and, for a stroke that is too small, an increase in the fuel to be injected. It is clear that, at its ends, the corrective action of the cam will have the effect of maintaining the P.M.E. between the permissible limit positions.
In the variant of FIG. 3, the cam 42 has three ramps 42, ,, 42 ,,, 42 ,, among which the ramps 42, and 42b, which intervene when the stroke length approaches respectively its maximum and minimum permissible values, have a steeper slope than the ramp 42, which is located between the ramps 42, and 42 ,, and which occurs for races of medium lengths.
In the vicinity of the minimum and maximum stroke length limits, the corrective action of the pump is therefore more forceful than within the range where the stroke lengths are variable.
The variant to which FIG. 5 com takes an engine cylinder provided with a main injector with direct injection and at least one pre-chamber injector.
The injection pump shown in fig. 5 comprises a piston which can be rotated around its axis using the adjusting member 30 and which comprises a control ramp 44 which, depending on the angular position of the piston 43, discovers more or less later, during its upstroke, the orifice 45 through which the suction pipe 46 opens into the cylinder 47 in which the piston 43 works. The delivery of liquid, through the udder 43, stops when the orifice 45 begins to be discovered by ramp 44.
The piston 43 delivers, when the orifice 45 is closed, the fuel which is inside the cylinder 47, firstly through a check valve 48 in an accumulator 49 which is the accumulator serving the cylinder. 'prechamber injector. The piston 50, which works in the accumulator 49, is under the action of a second piston 51 on which acts the air pressure which prevails in a space 52 as well as under the action of a spring 53. The movement of the pistons 50 and 51 upwards, under the effect of the fuel, which is forced into the accumulator 49 by the piston 43, is limited by a stop 54.
The amount of fuel which is stored in the accumulator 49 is, therefore, constant, whereby the amount of fuel injected by the prechamber injector is also constant.
After filling the accumulator 49 with the quantity of fuel determined by the position of the stopper 54, the piston 43 delivers the remainder of the fuel through a valve 55 into a second accumulator 56 which serves to supply the direct injection injector. through a pipe 27a. In this second accumulator works a piston 57 which is under the action of a second piston 58, movable in the chamber 52 and which is charged by the pressurized air located in this chamber as well as by a spring 59.
The respective dimensions of the pistons 50 and 51, as well as those of the pistons 57 and 58 and the tensions of the springs 53 and 59, are chosen such that the calibration of the piston 50 of the accumulator 49 is slightly lower than the calibration. of the piston 57 of the accumulator 56 in order to ensure the continuation, as described, of the operations of filling the two accumulators.
When the piston 43 reaches its highest position in the cylinder 47, it lifts, by its front surface, a hollow valve 60 which supports inside the aforementioned valve 55 and which, in its normal position, closes by its head 61 l 'accumulator 56 relative to line 27a. However, at the moment when the piston 43 lifts the valve 60, communication is established between the accumulator 56 and the pipe 27a and the fuel content of this accumulator is injected by the direct injection injector.
The injection of fuel by the pre-chamber injector, which immediately follows that carried out by the direct injection injector, is controlled by a distributor 62 movable in a cylinder 63 and comprising a groove 64 which is located behind its head 65. In the wall of the cylinder 63 open, at different levels, two conduits, one designated by 66 and comprising a check valve 67, and connected by the conduit 68 to the accumulator 49, while the other 69 is connected to the pre-chamber injector.
The supply of the prechamber injector, from the accumulator 49, takes place when the distributor 62 is in its upper position in which its groove 64 communicates the duct 66 with the pipe 69.
The control at the correct moment, that is to say when the free pistons reach the vicinity of their internal dead center (PMI), of the piston 43 and of the distributor 62 takes place by means of a cam 70 which acts on two levers 71 and 72, the first of which causes the upward stroke of the piston 43, while the second causes the upward stroke of the distributor 62. The downward stroke of these two members 43 and 62 is provided respectively by a spring 73 and by a spring 74.
The cam 70 performs an oscillating movement about the axis of its shaft 75, connected to the axis of the oscillating lever 15 of the synchronization device, since it is this lever 15 which performs large angular beats at the moment. where the mobile crews are in the vicinity of their internal dead center.
The auxiliary correction pump comprises a piston 76, which can move in a cylinder 77 and which is actuated by a lever 78, controlled by a cam 79. This cam, which oscillates around the axis of its shaft 80, has a shape which is equivalent to that of one of the cams 39, 41 and 42 shown respectively in figs. 1, 2 and 3.
The piston 76, having to be moved when the free pistons are in the vicinity of their external dead center, the shaft 80 of the cam 79 is driven by the axis of the lever 16 of the synchronization device, this last lever performing large angular beats when the free pistons are located near their external dead center.
As a result, when the piston 76 is controlled by the cam 79, the piston 43 and the distributor 62 are in their lowest position. It should be noted here that, in this position, the distributor 62 discovers, through the upper face of its part 65 (see the interrupted transverse line indicating the level of this surface for the lowest position of the distributor piston), the orifice through which the pipe 66 opens into the cylinder 63.
The cylinder 77 communicates with the aforesaid lines 68 and 66. When the piston 76 makes its upward movement, it forces the liquid contained in the cylinder 77 through the check valve 67 and the line 66 in the part of the cylinder 63 which is located. above the upper surface of the pis ton 62, 65, part which constantly communicates by a pipe 81 with the supply pipe 46 of the injection pump. The liquid delivered by the piston 76 can therefore escape freely in this line 46.
When the piston 76 then cinders, it creates a vacuum in the cylinder 77, the magnitude of which depends on the position of the P.M.E. of the free udders. The piston 43, during its next actuation, must first fill this vacuum before it can start filling the accumulator 49. It can therefore be seen that, in this case, the correcting device operates in the same way as in the case of the machine of FIG. 1.
In another embodiment, the machine could be a free-piston motor-compressor.