Machine à pistons libres opposés La présente invention a pour objet une machine à pistons libres opposés, qui peut être, par exemple, un motocompresseur ou un autogénérateur de gaz chauds sous pression.
Cette machine est caractérisée selon l'invention en ce qu'elle comporte deux cylindres moteurs d'axes parallèles, chacun des deux pistons libres opposés comprenant une paire d'éléments moteurs, dont cha cun travaille dans l'un des cylindres moteurs et reliés rigidement à au moins un élément compresseur, les deux pistons libres étant reliés l'un à l'autre par un dispositif de synchronisation ayant un axe d'articu lation en partie au moins disposé entre les deux cylindres moteurs.
Deux formes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin.
La fig. 1 est une coupe-élévation longitudinale schématique d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe transversale suivant II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe-élévation longitudinale analogue à la fig. 1, de la deuxième forme d'exé cution.
La fig. 4 est une coupe transversale suivant IV-IV de la fig. 3.
La machine représentée aux fig. 1 et 2 comporte un carter 1 constituant son bâti, dans lequel sont formés deux cylindres moteurs 2 et 3 dont les axes longitudinaux sont parallèles.
Les cylindres 2 et 3 communiquent entre eux par des canaux 4 et 5.
6 et 7 désignent des ouvertures pour la mise en place de dispositifs d'injection destinés à l'amenée de combustible dans les cylindres 2, 3.
Des lumières de balayage 8 et des lumières d'échappement 9 sont pratiquées de part et d'autre des orifices 6, 7 dans les cylindres 2, 3. Les cylindres 2 et 3 sont entourés par des cham bres 10 de circulation d'-un liquide de refroidisse ment, tel que de l'eau.
Les lumières d'échappement 9 communiquent avec un collecteur 11 des gaz d'échappement. Cha cun des cylindres 2 et 3 contient deux éléments moteurs 12, 13 respectivement 12a, 13a se dépla çant en opposition.
Les canaux 4 et 5 sont destinés à assurer une communication entre lesdits cylindres 2, 3, afin d'égaliser les pressions pour obtenir sur chacun de ces éléments 12, 13 et 12a, 13a des actions rigou reusement semblables.
Le carter 1 est relié par chacun de ses deux côtés à des cylindres 14, 15 délimitant intérieurement des espaces de compression 16, 17 dans lesquels sont disposés des éléments compresseurs 18, 19 de grand diamètre.
Les éléments compresseurs 18 et 19 sont reliés rigidement, le premier aux deux éléments moteurs 12 et 12a et le second aux deux éléments moteurs 13 et 13a. De plus, l'élément compresseur 19 est relié, par sa face opposée à celle dirigée vers les éléments moteurs 12, 12a, à un piston 20, qui cou- lisse dans un cylindre 2.1 formé à l'extrémité du cylindre 15,
de façon qu'une certaine quantité d'air soit emprisonnée dans la capacité qu'il délimite, cet air étant destiné à être comprimé pendant la course motrice des éléments moteurs 12, 12a, afin de resti tuer l'énergie ainsi emmagasinée pour provoquer la course de retour des pistons libres 12, 12a, 19 et 13, 13a, 18 en assurant la compression dans les cylindres 2 et 3.
Les pistons libres constitués, d'une part, par les éléments 13, 13a et 18, et, d'autre part, par les élé ments 12, 12a, 19 et 20 doivent avoir la même masse, dans le cas de déplacements égaux, et, dans le cas de déplacements inégaux, des masses inverse ment proportionnelles aux déplacements.
Un arbre 22 tourillonne dans des paliers 23, 24 montés dans les extrémités d'un alésage 25, prati qué dans la cloison 26 séparant les deux cylindres moteurs 2, 3, et traversé par cet arbre.
Des manivelles 27, 28 sont calées sur les extré mités de l'arbre 22. Les manivelles 27, 28 ont res pectivement leurs deux extrémités articulées aux pieds de bielles 29, 30 et 31, 32 dont les têtes sont articulées sur des axes 33 et 34 reliés respectivement aux éléments compresseurs 19 et 18.
La longueur des bielles et des bras de mani velles est choisie de façon que les pistons libres puis sent être amenés sans inconvénient à leurs points morts extérieurs lorsque les manivelles tournent d'uri angle supérieur à 1800, mais inférieur à 36011, comme cela se produit pour des débris élevés de la machine.
La disposition de la machine décrite ci-dessus permet d'obtenir un bon guidage des cylindres moteurs, du fait de leur disposition, de sorte que les manivelles 27, 28 et les bielles 29 à 32 du méca nisme de synchronisation n'ont pas à subir d'efforts autres que ceux provenant des frottements et, le cas échéant, de différences entre les forces agissant sur les pistons en direction axiale et il n'est pas néces saire de prévoir d'éléments particuliers pour le gui dage des pistons libres.
En ce qui concerne l'entrée d'air de balayage et la sortie des gaz d'échappement, il est possible de les rendre communes aux deux cylindres. 2, 3 comme représenté ou, au contraire, cette entrée et cette sortie peuvent être séparées pour chacun de ces deux cylindres.
Dans la machine des fig. 3 et 4 qui est un auto- générateur, les éléments compresseurs 18 et 19 des pistons libres sont reliés aux deux éléments moteurs 13, 13a respectivement, 12, 12a au moyen de tiges creuses 33.
La partie compresseur de la machine fonction nant à double effet, les tiges creuses de liaison 33 peuvent être de relativement grande section.
Les tiges 33 sont fixées de façon absolument rigide aux éléments moteurs 13, 13a et 12, 12a, tandis qu'elles sont reliées, de façon à pouvoir être facilement démontées, aux éléments compresseurs 18, 19. Les tiges 33 sont guidées dans des alésages de cloisons 34 fermant le fond des cylindres 16, 17 et délimitant des chambres 35 avec les extrémités du carter 1. De plus, les tiges 33 sont ouvertes à leur extrémité reliée aux éléments compresseurs, afin d'assurer le refroidissement du fond des éléments moteurs.
Des garnitures d'étanchéité 34a sont disposées dans des rainures des alésages des cloisons 34 pour assurer l'étanchéité entre celles-ci et les tiges 33.
36 désigne des tiges de guidage et de liaison des pistons libres fixés aux éléments 18 et 19, ces tiges traversant respectivement les cloisons 34 par des alé sages prévus à cet effet et comportant, à leur extré- mité opposée à celle qui est fixée auxdits éléments, des axes 37 d'articulation des têtes de bielles 29, 30 dont les axes s'étendent dans un même plan et disposées de façon qu'elles puissent osciller libre ment à l'intérieur d'un logement 38 formé dans la cloison épaisse 26 qui sépare les cylindres 2, 3.
Les pieds des bielles 29, 30 sont articulés sur les mane- tons 39, 40 d'une manivelle 27, dont la partie médiane est montée de façon à pouvoir tourner libre ment sur une bague ou un palier antifriction 41, entourant un axe 42 que forme ou qui est rapporté à l'intérieur de la cloison 26.
La longueur des bielles 29, 30 est égale et est choisie de façon que ces bielles soient placées dans le prolongement l'une de l'autre, lorsque les deux pistons libres de la machine sont placés à leur point mort extérieur.
Comme la manivelle 27 n'effectue jamais une rotation complète, il n'est pas nécessaire que les bielles soient placées dans deux plans différents, mais au contraire il est avantageux que leur axe longitu dinal soit placé exactement dans le même plan, afin d'assurer un équilibrage parfait des pièces en mou vement.
La manivelle 27 comporte au moins un flasque circulaire 43 présentant une denture 44 destinée à la commande de la ou des pompes d'injection du com bustible ainsi que d'autres dispositifs auxiliaires.
Les cylindres compresseurs 14, 15 comportent des clapets d'aspiration 45, 46 et des clapets de refoulement 47, 48 avec au moins une communica tion par une lumière 49 pour l'air refoulé par le clapet 47.
Le ou les clapets de refoulement 47 de l'effet course aller sont disposés à une certaine distance du fond des cylindres, afin qu'une charge d'air soit emprisonnée dans ces derniers pour constituer un matelas destiné à emmagasiner, comme cela est bien connu, pendant la course aller des pistons une certaine énergie qui est restituée pour provoquer leur course de retour et assurer la compression du mélange combustible se trouvant dans la partie des cylindres 2, 3 comprise entre les éléments moteurs 12, 13 et 12a, 13a.
Des filtres 50 d'entrée d'air sont montés sur l'as piration des cylindres compresseurs de la machine et les cylindres moteurs 2 et 3 sont constamment en communication par un canal 4.
Machine with opposing free pistons The present invention relates to a machine with opposing free pistons, which can be, for example, a motor-compressor or an autogenerator of hot pressurized gases.
This machine is characterized according to the invention in that it comprises two motor cylinders of parallel axes, each of the two opposing free pistons comprising a pair of motor elements, each of which works in one of the motor cylinders and rigidly connected. to at least one compressor element, the two free pistons being connected to each other by a synchronization device having an articulation axis at least partly disposed between the two engine cylinders.
Two embodiments of the object of the invention are shown, by way of example, in the drawing.
Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional elevation of a first embodiment.
Fig. 2 is a cross section along II-II of FIG. 1.
Fig. 3 is a longitudinal sectional elevation similar to FIG. 1, of the second form of execution.
Fig. 4 is a cross section along IV-IV of FIG. 3.
The machine shown in fig. 1 and 2 comprises a casing 1 constituting its frame, in which are formed two engine cylinders 2 and 3 whose longitudinal axes are parallel.
Cylinders 2 and 3 communicate with each other via channels 4 and 5.
6 and 7 denote openings for the installation of injection devices intended for supplying fuel to cylinders 2, 3.
Scanning lights 8 and exhaust ports 9 are made on either side of the orifices 6, 7 in the cylinders 2, 3. The cylinders 2 and 3 are surrounded by chambers 10 of circulation of one. coolant, such as water.
The exhaust ports 9 communicate with an exhaust gas collector 11. Each of the cylinders 2 and 3 contains two driving elements 12, 13 respectively 12a, 13a moving in opposition.
The channels 4 and 5 are intended to ensure communication between said cylinders 2, 3, in order to equalize the pressures to obtain on each of these elements 12, 13 and 12a, 13a strictly similar actions.
The housing 1 is connected by each of its two sides to cylinders 14, 15 internally delimiting compression spaces 16, 17 in which compressor elements 18, 19 of large diameter are arranged.
The compressor elements 18 and 19 are rigidly connected, the first to the two drive elements 12 and 12a and the second to the two drive elements 13 and 13a. In addition, the compressor element 19 is connected, by its face opposite to that directed towards the drive elements 12, 12a, to a piston 20, which slides in a cylinder 2.1 formed at the end of the cylinder 15,
so that a certain quantity of air is trapped in the capacity which it delimits, this air being intended to be compressed during the driving stroke of the driving elements 12, 12a, in order to restore the energy thus stored to cause the return stroke of the free pistons 12, 12a, 19 and 13, 13a, 18 ensuring compression in cylinders 2 and 3.
The free pistons formed, on the one hand, by the elements 13, 13a and 18, and, on the other hand, by the elements 12, 12a, 19 and 20 must have the same mass, in the case of equal displacements, and, in the case of unequal displacements, masses inversely proportional to the displacements.
A shaft 22 is journaled in bearings 23, 24 mounted in the ends of a bore 25, formed in the partition 26 separating the two engine cylinders 2, 3, and through which this shaft passes.
Cranks 27, 28 are wedged on the ends of the shaft 22. The cranks 27, 28 respectively have their two ends articulated to the small ends of the connecting rods 29, 30 and 31, 32 whose heads are articulated on axes 33 and 34 respectively connected to the compressor elements 19 and 18.
The length of the connecting rods and crank arms is chosen so that the free pistons can then feel that they are brought without inconvenience to their external dead points when the cranks turn at an angle greater than 1800, but less than 36011, as is the case. for high debris from the machine.
The arrangement of the machine described above makes it possible to obtain good guidance of the engine cylinders, due to their arrangement, so that the cranks 27, 28 and the connecting rods 29 to 32 of the synchronization mechanism do not have to undergo forces other than those arising from friction and, where appropriate, from differences between the forces acting on the pistons in the axial direction and it is not necessary to provide special elements for guiding the free pistons.
As regards the purging air inlet and the exhaust gas outlet, it is possible to make them common to the two cylinders. 2, 3 as shown or, on the contrary, this inlet and this outlet can be separated for each of these two cylinders.
In the machine of FIGS. 3 and 4 which is a self-generator, the compressor elements 18 and 19 of the free pistons are connected to the two motor elements 13, 13a respectively, 12, 12a by means of hollow rods 33.
Since the compressor part of the machine functions in double effect, the hollow connecting rods 33 can be of relatively large section.
The rods 33 are fixed absolutely rigidly to the drive elements 13, 13a and 12, 12a, while they are connected, so that they can be easily removed, to the compressor elements 18, 19. The rods 33 are guided in bores. partitions 34 closing the bottom of the cylinders 16, 17 and delimiting the chambers 35 with the ends of the casing 1. In addition, the rods 33 are open at their end connected to the compressor elements, in order to ensure the cooling of the bottom of the motor elements .
Sealing gaskets 34a are arranged in grooves in the bores of the partitions 34 to provide the seal between the latter and the rods 33.
36 denotes guide and connecting rods for the free pistons fixed to the elements 18 and 19, these rods respectively passing through the partitions 34 by means provided for this purpose and comprising, at their end opposite to that which is fixed to said elements , articulation axes 37 of the connecting rod heads 29, 30 whose axes extend in the same plane and arranged so that they can oscillate freely inside a housing 38 formed in the thick partition 26 which separates cylinders 2, 3.
The feet of the connecting rods 29, 30 are articulated on the crankpins 39, 40 of a crank 27, the middle part of which is mounted so as to be able to rotate freely on a ring or an anti-friction bearing 41, surrounding an axis 42 that form or which is attached to the interior of the partition 26.
The length of the connecting rods 29, 30 is equal and is chosen so that these connecting rods are placed in the extension of one another, when the two free pistons of the machine are placed at their external dead center.
As the crank 27 never performs a complete rotation, it is not necessary for the connecting rods to be placed in two different planes, but on the contrary it is advantageous that their longitudinal axis is placed exactly in the same plane, in order to ensure perfect balancing of moving parts.
The crank 27 comprises at least one circular flange 43 having teeth 44 intended for controlling the fuel injection pump (s) as well as other auxiliary devices.
The compressor cylinders 14, 15 comprise suction valves 45, 46 and discharge valves 47, 48 with at least one communication via a port 49 for the air discharged by the valve 47.
The delivery valve or valves 47 of the forward stroke effect are arranged at a certain distance from the bottom of the cylinders, so that a charge of air is trapped in the latter to form a mattress intended to store, as is well known. , during the forward stroke of the pistons a certain energy which is restored to cause their return stroke and ensure the compression of the combustible mixture located in the part of the cylinders 2, 3 included between the driving elements 12, 13 and 12a, 13a.
Air inlet filters 50 are mounted on the aspiration of the compressor cylinders of the machine and the engine cylinders 2 and 3 are constantly in communication via a channel 4.