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MOTEUR A COMBUSTION EXTERNE PERFECTIONNE A AIR CHAUD OU A GAZ.
L'invention est relative aux moteurs thermiques du type utilisant un gaz permanent comme moyen ou fluide de travail.
Bes essais ont été tentés pour construire des moteurs sa- tisfaisants de ce genre, mais tous ces moteurs n'ont pu donner de résultats industriels pour diverses raisons, notamment à défaut, en tre autres, de procurer des surfaces de chauffe adéquates, capa- bles de se maintenir dans les conditions de travail. Parmi ces ten- tatives, la principale a été celle de Stirling, dont le moteur u- tilisait un cycle dans lequel les pressions alternaient dans les élé- ments formant le cycle du moteur. Le gaz était comprimé et ensuite détendu isothermiquement, et de la chaleur fournie et reprise à un régénérateur sous volume constant. Dans ce moteur, les conditions nécessaires pour obtenir la différence de pression maximum condui- sent à un échange de chaleur inéfficace dans le régénérateur et le refroidisseur.
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Un autre moteur du type défini, utilisait un régénérateur que le fluide traversait en suivant un trajet d'un ensemble de deux trajets, la pression dans chacun de ces trajets restant sensible- ment constante. Dans ce moteur on employait un cylindre froid dans le but de faire circuler le fluide gazeux à travers le cycle, dans lequel il était échauffé et pouvait se détendre dans des cylindres de travail.
Dans un autre moteur employant un régénérateur de cha- leur à pression constante, un fluide gazeux comprimé était introduit dans le cylindre de travail à partir d'un réservoir, et chauffé se tandis qu'il/détend dans le cylindre de travail.
Conformément à la présente invention, un moteur perfec- tionné employant comme fluide un gaz permanent, comprend des moyens pour comprimer le fluide,un ou un certain nombre d'éléments de chauffe pour chauffer. le fluide, des moyens pour permettre au flui- de comprimé et chauffé de se détendre afin d'accomplir un travail utile dans un ou plusieurs étages ou phases de travail, un régénéra- teur de chaleur comportant des trajets alternés pour le fluide, les pressions du fluide dans chacun des trajets ayant une valeur sensi- blement constante, le fluide, avant son introduction dans les moyens ou chaque étage de moyens propres à permettre au fluide de se déten- dre afin d'exécuter du travail utile, ayant atteint sa température de cycle maximum, le dit fluide étant comprimé et envoyé directe- ment des moyens de compression,
à travers l'un des trajets de régé- nérateur avant de pénétrer dans un élément de chauffage et évacué par l'autre trajet de régénérateur après achèvement de la détente.
Le cycle peut être un cycle fermé ou un cycle ouvert, c'est à dire qu'après avoir passé à travers le régénérateur, le gaz peut être évacué à l'atmosphère dans le cycle ouvert, ou bien il peut circuler en cycle fermé dans le système ; dansce dernier cas, le gaz est envoyé du régénérateur à travers un refroidisseur, et du refroidisseur il retourne au compresseur.
La détente et la compression du gaz peuvent être exécu-
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tées soit par des mécanismes à mouvement de va et vient, soit enco- re par des mécanismes tournants.
Les considérations théoriques qui régissent le choix du fluide pour des moteurs du type défini sont en elles-mêmes bien con- nues.
Les caractéristiques physiques, par exemple, doivent res- ter constantes dans l'échelle des températures et des pressions em- ployées dans le cycle. Le fluide ne doit pas être susceptible de former des combinaisons chimiques, explosives, dangereuses,comme ce serait le cas, par exemple, avec de l'hydrogène. Dans le cas du mo- teur conforme à l'invention, eu égard aux considérations théoriques et pratiques, de l'air sec épuré sera le gaz employé de préférence.
Une modification graduelle et continuelle du fluide est réalisée dans une construction ou disposition conforme à l'invention, à l'ef- fet d'éviter,la formation de combinaisons chimiques dangereuses,, en libérant ou évacuant du fluide en des points choisis, et en complé- tant ou ajoutant du fluide en d'autres points.
On peut employer comme fluide de l'azote ou bien encore de l'air dont l'oxygène a été éliminé. L'air atmosphérique peut être privé de son oxygène par des moyens appropriés avant de pénétrer dans le cycle moteur. Parmi les avantages du moteur conforme à l'in- vention il faut noter un rendement très élevé. On considère que les moteurs industriels engendrent une puissance au frein d'un che- val-heure par 225 grammes de charbon ou 150 grammes d'huile eombusti ble consommés.
Les variations de vitesse et de puissance, et l'inversion sont réalisées sans l'emploi de commandes à engrenages. Le moteur possède une échelle de vitesses très étendue et travaille efficace- ment sous faible charge.
On prévoit un dispositif de contrôle des valves ou sou- papes qui rend simple le contrôle du fonctionnement, toute la marche du moteur pouvant être contrôlée à l'aide d'un seul levier à main.
Des soupapes d'évacuation comportant des sièges régla-
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bles et des pompes peuvent être coordonnées pour régler les diffé- rences de pression employées dans le moteur et par suite permettre de modifier la puissance du moteur sans modifier la fermeture d'ad- mission, et par suite conserver un rendement élevé aux faibles vi- t esses.
Les emplacements des manivelles du moteur et du oompres- seur, dans le type réversible,sont calculés pour éviter les points morts et permettre le contrôle aisé aux faibles vitesses, ce qui est un facteur important dans les installations marines.
D'autres particularités nouvelles de l'invention ressor- tiront de la description qui va suivre d'un moteur qui en comporte application.
Dans les dessins annexés:
Figs. 1 et 2 montrent respectivement, d'une façon sché- matique,une vue en élévation de face et un plan, indiquant les prin oipaux éléments ;
Fig. 3 est une vue en élévation latérale et coupe d'un dispositif de chauffage conditionné pour brûler de l'huile combus- tible ;
Fig. 4 est une élévation de face: , partiellement en oou- pe;
Figs; 5a et 5b sont des vues en coupe et en élévation, obtenues suivant les lignes A-A et B-B de la fig. 3 ;
Fig. 6 est une vue en plan, en coupe, montrant les som- mets des tubes du réchauffeur à haute pression, la moitié supérieu- re étant disposée au-dessus de la chambre de combustion, et la moi- tié inférieure en dessous de cette chambre;
Fig. 7 est une élévation en coupe du régénérateur;
Figs. 8a, 8b , 8c, 9a, 9b, 9c, 9d et 10 montrent des dé- tails de la disposition feuilletée;
Fig. 11 est une vue en élévation et coupe de l'un des refroidisseurs à haute et à basse pression;
Fig. 12 est une vue en élévation par bout du refroidis- seur représenté à la fig. 11;
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Fig. 13 est une vue en élévation latérale, en coupe, partielle, montrant le mécanisme de contrôle ou de commande des soupapes d'un cylindre de détente du moteur ;
Figs. 14 et 15 montrent respectivement une vue en éléva- tion de face et un plan du dispositif de contrôle ou de commande des soupapes, certaines parties ayant été supprimées;
Figs. 16a et 16b sont des vues en élévation de face, et coupe, du moteur et du compresseur, divisés suivant la ligne brisée;
Fig. 17 est une vue en élévation latérale et coupe du compresseur à basse pression.
Dans l'agencement représenté, le fluide gazeux est compri mé dans le compresseur à basse ou premier étage de pression, 77; il est ensuite amené dans le refroidisseur à pression élevée 41a.
Du refroidisseur 41a, le gaz pénètre dans le compresseur à pression élevée 76 et, après compression, pénètre dans le côté à pression élevée du régénérateur 23. Du régénérateur 23 le gaz est envoyé à pression constante dans le côté à haute pression du réchauffeur 1, dont il passe au premier étage de détente 53. Après détente dans l'étage de pression élevée, le gaz traverse le côté à pression bas- se du réchauff eur 1 et passe de là à l'étage de détente à basse pression 54. Après la seconde détente, le gaz est évacué dans le côté à basse pression du régénérateur. Du régénérateur il passe a- lors au refroidisseur à basse pression 41, et de là, en retour, au compresseur à basse pression 77.
Après que le gaz a quitté le compresseur à pression élevée 76, la pression du gaz reste constan- te jusqu'au moment de la détente dans le premier étage et, après dé- tente dans le second étage, il reste à gaible ou basse pression jusqu'au moment de sa compression dans le compresseur à basse pres- sion. La température du gaz au commencement de chaque détente est sensiblement égale, et chaque détente est rendue aussi isothermique que le permettent les conditions pratiques.
Le fluide gazeux après avoir quitté le côté de haute pression du régénérateur 23 pénètre dans le réchauffeur.
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Le réchauffeur 1 comprend une chambre de combustion 2, équipée d'un brûleur à huile combustible 3 disposé à son extrémité antérieure. La chambre 2 est représentée de forme cylindrique, com- portant une enveloppe métallique 4 et un garnissage 5 en matière réfractaire appropriée. La chambre 2 peut, si on le désire, être cons truite de façon à pouvoir être séparée dans l'ensemble du reste du réchauffeur, afin de faciliter les réparations et le remplacement du garnissage 5 de la chambre de combustion. La chambre 2 est fermée à son extrémité postérieure par une plaque 6. Dans la partie supé- rieure postérieure de la chambre on a prévu un carneau 7, destiné au passage des gaz de combustion venant de la chambre dans des car- neaux voisins 8, 8a.
L'extrémité antérieure des carneaux 8, 8a s' ouvre dans une chambre de faible épaisseur 9 s'étendant en travers de la devanture du réchauffeur. Un ventilateur 10 aide à la circula- tion des gaz de combustion qui, lorsqu'ils quittent les carneaux 8, 8a et pénetrent dans la chambre 9, passent en partie par l'ouverture annulaire 11, en retour dans la chambre de foyer 2. Le reste des gaz de combustion traverse des ouvertures 12 et passe dans une chambre de réchauffage préalable d'air, 13. Le courant des gaz de combus- tion est contrôlé ou réglé par des registres 14 montés à l'ouvertu- re de communication entre les chambres de carneaux 8, 8a et la cham- bre 9.
Les gaz de combustion inertes peuvent être introduits dans la chambre 2 en un point plus éloigné de la longueur de la chambre et de l'extrémité du brûleur qu'il n'est représenté dans le dessin, afin que la combustion soit achevée avant que les gaz inertes de circulation ne se mélangent aux produits de combustion.
Le brûleur pourrait également être disposé en un point plus éloigné de l'extrémité postérieure de la chambre et un prolon- gement de l'espace de la chambre de foyer serait ainsi prévu.
Les gaz de combustion pénétrant dans la chambre de chauf fage préalable 13 s'échappant par un carneau de cheminée 15 pour- vu d'un registre 15a.
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Les gaz de combustion qui font retour à la chambre 2, passent le long de la surface du garnissage réfractaire 5 et ser- vent à protéger ce garnissage.
Les oarneaux 8, 8a contiennent individuellement une bat- terie de tubes, 16, 16a, pour conduire le fluide gazeux à chauffer.
Chaque batterie de tubes est reliée à des conduits principaux ou collecteurs 17, 17a; ces derniers collecteurs 17a n'ont pas été re- présentés mais sont analogues aux collecteurs 17: Les collecteurs 17 et tubes 16 sont agencés de façon à conduire le fluide à pression élevée destiné aux cylindres de travail à pression élevée, et les collecteurs 17a ainsi que les tubes 16a sont destinés à conduire le fluide destiné aux cylindres à basse pression.
Les tubes 16, 16a, sont disposée en une série de boucles verticales, de façon à obte- nir la surface de chauffe maximum et une transmission efficace de chaleur des gaz de combustion, et, du fait qu'ils ne sont en con- tact avec les gaz qu'après que ces derniers ont quitté la chambre 2, ces tubes ne sont pas soumis aux températures extrêmes, et le risque de détérioration par brûlure est par conséquent réduit. Les tubes 16, 16a sont de préférence établis de la même matière que cel- le employée d'ordinaire dans les chaudières à vapeur à tubes d'eau, à pression élevée.
Des tubes 18 bouclés, agencés de manière analogue, sont prévus dans la chambre de chauffage préalable 13, et de l'air sous pression est envoyé par un ventilateur, à travers ces tubes 18, au brûleur à huile combustible 3, l'air pénétrant dans les tubes 18 par l'entrée 19. Si on le désire, l'air employé pour vaporiser le combustible peut être $ une température moins élevée que soit l'air primaire ou l'air secondaire réchauffé.
Le ventilateur de circulation 10 est actionné par un moteur 20, et l'arbre d'entraînement 21 est refroidi grâce à une chambre 22 entourant l'arbre, de l'air froid étant envoyé à travers la chambre par le ventilateur qui fournit l'air de combustion au brûleur 3. Le raccord d'air à la chambre 21 a été représenté arra- ché.
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Des poches ou gaines destinées à des thermomètres sont avantageusement disposées dans l'enveloppe du foyer afin de permet- tre un contrôle précis de l'action du réchauffeur.
Des registres peuvent, si on le désire, être disposés au- dessus des ouvertures 12. La circulation est réglée de manière tel- le que pour chaque quantité de 454 grammes de combustible et d'air réohauffé frais pénétrant dans le foyer, 454 grammes de gaz de com- bustion quittent le circuit à la température de circuit minimum, traversent, la chambre de chauffage préalable 13 et sont évacués à l'atmosphère par le carneau de cheminée 15. Si on le désire, le gaz perdu peut fournir de la chaleur à un petit moteur auxiliaire dont la température supérieure est moins élevée, avant de passer au dis- positif de réchauffage préalable.
Le réchauff eur a été décrit comme comprenant deux élémen+ réchauffeurs, l'un pour le fluide à haute pression avant détente et l'autre pour le fluide après détente dans le premier étage.
Deux réchauffeurs simples pourraient naturellement être employés et, dans le cas d'un seul étage de détente, un seul réchauffeur se- rait nécessaire,
On pourrait évidemment modifier l'agencement du réehauf- feur. Par exemple, le réchauffeur peut comprendre un certain nombre de tubes conformés en hélices, droits, en spirales ou suivant toute combinaison de ces conformations, et peut comprendre un carneau de section relativement faible enfermant chaque tube et enroulé avec et de la même manière que ce dernier.
Lorsque le réchauffeur brûle du charbon, la grille, soit alimentée à la main, soit alimentée mécaniquement, peut être montée sur des roues et agencée pour se déplacer sur des guides dans la chambre de foyer 2, de façon que les réparations des barreaux de gr@ le ou du garnissage réfractaire puissent être aisément eff ectuées.
La grille, lorsqu'elle est en place, sera écartée des parois de la chambre, et les gaz inertes de carneaux, de circulation, menés, vers le haut, entre le cadre de grille et le garnissage. Les gaz
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inertes de carneaux se mélangent par suite aux gaz frais de combus- tion et circulent conjointement autour des tubes de réchauffage 16, 16a comme déjà décrit. Le cadre de grille est construit avec une paroi basse de briques réfractaires disposée autour du foyer sauf au voisinage de la porte du foyer. Les côtés, l'avant, l'arrière et le fond de la disposition formant le cendrier. Le combustible est maintenu écarté du garnissage de la chambre de foyer par l'espa- cement dont il a été question plus haut en évitant la scorification et l'endommagement du garnissage.
La paroi basse entourant le foyer localise également les détériorations dues aux machefers et contri- bue à la combustion en procurant une surface incandescente.
Le fluide gazeux à pression élevée qui pénètre dans le réchauffeur 1 a déjà absorbé de la chaleur en traversant le régéné- rateur 23. Le régénérateur 23 comprend une enveloppe externe 24, établie de préférence en acier forgé.' Une conduite interne 25, qui peut être garnie par exemple à l'aide de magnésie, en même temps que des conduits 26 et 27, sont logés., dans l'enveloppe et suppor- tent une structure lamellée 28, cette structure étant plus claire- ment représentée dans les figures 8a, 8b, 8c, 9a, 9b, 9c, 9d et 10.
Cette structure est constituée à l'aide d'une ou d'un certain nom- bre de feuilles ou lames 29, établies à l'aide de plaques ou de ban- des de métal mince et comportant un certain nombre de protubérances 30: Dans le cas d'une structure constituée à l'aide d'une seule ban- de, cette bande est repliée comme il est représenté aux figures 9b et 9c. La bande est rigidement montée dans des fentes 31, sur les conduites 25; 26 et 27. Lorsqu'elles sont montées sur les conduites, les plaques minces sont recourbées en forme de spirales comme il est représenté à la fig. 8c de façon à réduire autant que possible les dimensions externes et à maintenir les plaques parallèles.
A l'aide d'un collier ou autre moyen approprié, la struc ture est maintenue dans cette forme et montée dans l'enveloppe 24.
Il est à noter que la structure procure un certain nombre de passa- ges parallèles dont la moitié sont ouverts du côté extérieur des
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conduites 26 et 27 et le restant vers l'intérieur de ces conduites.
Le fluide gazeux à basse pression, et chaud, venant des cylindres à basse pression, pénètre dans le régénérateur par l'entrée 32, et passe dans une série de passages de la structure lamellaire, en 33.
Après avoir traversé la structure, le fluide gazeux la quitte en 34 et traverse la sortie 35 vers le premier refroidisseur. Le flui- de gazeux, à pression élevée, et froid, pénètre dans le régénérateur par l'entrée 36 et, passant à travers la deuxième série de passages de la structure lamellaire, débouche par la sortie 37.' L'extrémité chaude de la structure lamellaire est fermement assujettie dans 1' enveloppe externe 24, à l'aide d'un collier vissé sur la conduite 26, et maintenue, à la partie inférieure de la garniture, par la conduite externe, à l'aide d'un collier monté à l'extrémité de cette conduite et formant un collet pour la garniture, mais la conduite terminale froide, 27, peut glisser dans la garniture 38 afin de per- mettre la dilatation et la contraction.
La conduite interne 25 est, comme représenté, fermée par les organes terminaux 39 et 40, et ces organes sont conformés de façon à réduire les résistances ou entraves à l'écoulement du fluide gazeux et les pertes par frottement qui en résultent.
Les trajets du fluide à basse pression et chaud, et du fluide à pression élevée et froid peuvent, naturellement, être in- terchangés, et dans ce cas, le fluide chaud pénètrerait dans le ré- générateur par l'ouverture 37 et sortirait par l'ouverture 36, tan- dis que le fluide froid entrerait en 35 et sortirait en 32.
Le régénérateur peut, naturellement, être monté avec son axe longitudinal disposé soit dans le plan vertical, soit dans le plan horizontal, soit dans tout autre plan. La structure lamellai- re peut, si on le désire, être constituée par des tubes concentri- ques, ronds, élliptiques ou de toute autre section voulue, et pour- vus d'évidements ou de saillies pour maintenir l'écartement de pas- sage, de manière qu'aucune tension ciroonférentielle ne soit suppor- tée par la structure lamellaire, mais que ous les efforts soient
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absorbés par l'enveloppe externe ou le tube mort interne. Dans ce cas, les extrémités de la structure lamellaire tubulaire sont agen- cées de façon à maintenir séparés l'air ou le gaz à pression élevée et l'air ou le gaz à basse pression.
La structure lamellaire pour- rait encore être établie suivant tout agencement approprié de pla- ques ou de tubes minces.
Les refroidisseurs au travers desquels le fluide gazeux s'écoule après avoir quitté le côté de basse pression du régénéra- teur, et également après avoir quitté le premier étage de compres- sion ou étage de compression à basse pression, sont identiques, saut en ce qui concerne leurs dimensions.
Ainsi qu'il est représenté aux fige. 11 et 12, le re- froidisseur 41 comprend des serpentins extérieur et intérieur 42 et 43, de préférence construits en tubes de cuivre à ailettes. Les ser- pentins sont montés sur un tube central 44 fermé par les têtes con- formées 45, et enfermé dans un organe tubulaire externe d'acier,46.
Des brides 47,prévues à chaque extrémité du tube externe, sont bou- lonnées aux brides 48 portant les conduites centrales de circula- tion d'eau 49.
Le fluide gazeux pénètre dans le serpentin externe 42 par l'entrée 50 et, après avoir passé par les deux séries de spires s'évacue par la sortie 51. Le second serpentin, ou serpentin inter- ne, 43, est formé de tubes présentant un diamètre réduit comparati- vement au serpentin externe 42. Des poches ou gaines destinées à re- cevoir des thermomètres, 52, sont disposées dans les brides 48. Le fluide refroidisseur de circulation peut être de l'air, de l'eau ou tout autre fluide approprié.
L'agencement précédemment décrit, dans lequel un refroi- disseur distinct est employé pour du fluide à différentes pressions, peut être modifié, et l'on peut avoir recours à un refroidisseur unique employé pour les deux pressions. Le refroidisseur peut éga- lement recevoir une construction lamellaire, ressemblant à celle du régénérateur, mais, comme il va de soi, modifiée suivant le fluide refroidisseur employé.
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Des moyens, de tout type approprié, pour refroidir le fluide refroidisseur de circulation, peuvent être employés lors- qu'on le désire.
Le premier refroidisseur, à travers lequel le fluide gazeux s'écoule après avoir quitté le côté de basse pression du régénérateur, peut être relié à une pompe à gaz, elle-même reliée ou à un réservoir de gaz à basse pression,la l'atmosphère, et u n dis- positif fonctionnant sous l'influence de la pression, qui peut, aussi bien être contrôlé manuellement, est prévu pour mettre la pompe en marche de façon que le gaz soit pompé et introduit dans le circuit du moteur lorsque la pression atteint une valeur déter- minée.
Une soupape de libération de pression peut également être prévue afin de permettre au gaz du cycle de s'échapper vers le ré- servoir de basse pression ou à l'atmosphère:
D'une façon analogue, une pompe et une soupape de libé- ration équiperaient le régénérateur, et seraient agencées de fa- çon que la pompe aspire dans et que la soupape évacue vers le pre- mier refroidisseur.
Les pompes peuvent être actionnées électriquement, et les moteurs mis en marche et arrêtés par des interrupteurs appro- priés actionnés par des moyens influencés par la pression, comme par exemple des manomètres, montés dans le cycle du moteur et équi- pés de contacts électriques réglables, et les moyens influencés par la pression peuvent, alternativement, comprendre des plongeurs chargés, la charge étant réglable en faisant varier, par exemple, la compression d'un ressort. Le mouvement ou déplacement du plon- geur détermine l'ouverture ou la fermeture du circuit de contrôle du moteur d'une manière connue.
Les soupapes d'échappement peuvent être du type connu à ressorts ou à chambre d'équilibrage et peuvent être actionnées par des électro-aimants contrôlés d'une manière analogue aux inter- rupteurs de contrôle du moteur.
Les soupapes d'échappement peuvent encore être action-
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nées par les pressions du moteur et contrôlées par des moyens de charge réglable. Par exemple, la compression d'un ressort mainte- nant fermée un clapet, peut être modifiée par des moyens de régla- ge appropriés.
Des moyens peuvent être employés pour contrôler les divers moyens de charge des dispositifs influencés par la pression, de manière qu'ils puissent être modifiés simultanément à un contrô- le principal.
Les pompes peuvent être actionnées d'une manière conti- nue à partir de l'arbre principal du moteur ou par tout autre sour- ce appropriée de puissance, et des moyens, de genre connu, influen- cés par les pressions gazeuses du cycle, peuvent être employés pour décharger la pompe lorsque c'est nécessaire. Des moyens de réglage appropriés, tels que décrits plus haut, peuvent être employés pour contrôler les moyens de décharge.
La pompe à basse pression et la soupape d'échappement à basse pression peuvent être reliées, par exemple, au couvercle terminal de l'entrée de gaz du premier refroidisseur.
La pompe à pression élevée peut être agencée pour faire passer du gaz du côté de sortie du premier refroidisseur au côté froid de pression élevée du régénérateur.
La soupape d'évacuation à haute -pression peut être re- liée au côté froid de pression élevée du régénérateur, de façon que l'échappement se fasse vers le côté d'entrée du premier refroi- disseur.
Le fluide, après avoir traversé le réchauffeur à sa pres- sion la plus élevée du cycle, est détendu dans les cylindres de tra- vail à haute pression 53: Après détente dans les cylindres 53, le fluide est chauffé à nouveau dans le réchauffeur à basse pression, où il atteint à nouveau, sensiblement, la température maximum du cycle et il est alors détendu dans les cylindres à basse pression 54.' Les deux cylindres 53 compris dans les étages de haute et de basse pression sont individuellement équipés de soupapes d'introduc- tion et d'échappement 55 montées dans la boite de soupapes 56 des
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têtes de cylindres; les cylindres à basse pression sont équipés de manière analogue. Les soupapes 55 sont actionnées à la manière qui va être décrite, ou bien encore de toute manière connue appropriée.
Un organe rigide 56 procure un pivot de support pour un organe 57 en forme de levier, auquel est attaché la queue 58 de la soupape correspondante.. Une tige de soupape 59 est actionnée pour manoeu- vrer les soupapes à partir de moyens appropriés, comme précédemment décrits.: Dans les dessins, tant les soupapes d'entrée que les sou- papes de sortie ont été représentés comme s'ouvrant vers l'extérie@ par soulèvement, mais, naturellement, les unes ou toutes pourraient être agencées pour se fermer en se déplaçant vers l'extérieur. Il est préférable toutefois d'agencer la soupape d'entrée de manière qu 'elle s'ouvre par soulèvement, ainsi qu'il est représenté, afin d'éviter une pression excessive dans le cylindre durant les modifi- cations de vitesse et lors du renversement ou de l'arrêt.
Les que@@ de soupapesse déplacent dans des garnitures d'étanchéité 60, ou d'autres agencements appropriés.
Les pistons de cylindres, 61, actionnent, par l'intermé- diaire des tiges 62, les têtes 63, et des tiges de liaison 64, ac- tionnent l'arbre manivelle 65. Les manivelles 66 sont disposées de façon à éviter le point mort du moteur dans un moteur à inversion , en décalant les manivelles des cylindres à pression élevée d'un an- gle approprié, par exemple de 90 , par rapport aux manivelles des cylindres à basse pression. Dans un moteur sans renversement, les manivelles peuvent toutes êtres placées à 1800 les unes des autres, de façon à procurer un équilibrage dynamique sensiblement parfait.
Dans les dessins, les manivelles des pistons à pression élevée sont décalées de 180 , et les manivelles de basse pression sont dispo- sées d'une manière analogue.
Les cylindres 53, 54 sont à simple effet, et l'espace cylindre du côté de la manivelle, de chaque piston à pression éle- vée, est relié, par l'intermédiaire des lumières 67, avec une cham bre 68: Une conduite de sortie 69 relie cette chambre au côté d'
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évacuation de la boite de soupapes 56. Cette construction procure une pâtre de pistons équilibrés au point de vue gaz, et les efforts ou tensions dans les paliers et la structure sont minimum.
Chaque paroi de cylindre, dans l'étendue du déplacement des segments de piston 70, et refroidie à l'aide d'une chemise à air, 71, et les entrées et sorties de conduites, 72,73, par les- quelles on peut faite passer un courant d'air de circulation ou tout autre fluide refroidissant à une température appropriée.
La surface supérieure des parois de cylindre est proté- gée par de la magnésie, des gaz perdus de combustion chauds, ou d' autres matières. Des orifices 74 sont prévus pour assurer la lubri- fication des cylindres.
Si on le désire, un cylindre de grande longueur peut comporter un cylindre chaud à simple effet ou détendeur à une extré- mité et un cylindre froid à simple effet ou compresseur à l'autre extrémité, avec une tige s'étendant à partir de l'extrémité froide, et procurant la différence d'étendue des surfaces des pistons chaud et froid. La tige pourrait être reliée à l'arbre manivelle par l'intermédiaire de la commande de mouvement usuelle, l'extrémi- té froide étant refroidie par circulation d'eau ou d'air froid, les segments de piston étant disposés à l'extrémité froide du piston lo ng.
Afin de réduire au minimum les pulsations de pression entre les cylindres à haute @ et basse pression, les volumes ré- latifs des cylindres et du réchauffeur intermédiaire ainsi que des conduites de liaison, sont choisis de façon que les volumes du ré- chauffeur et des conduites de liaison soient considérablement plus grands que la moitié du volume du cylindre à basse pression.
Dans la construction représentée dans les dessins, aux figs. 12, 14 et 15 de ces derniers, on a employé un dispositif de commande ou de contrôle de soupape original et préféré. Le disposi- tif de commande ou de contrôle est logé dans un enveloppe ou car- ter 93 supporté par le bâti du moteur. Un arbre à cames 94 est mon- tée dans les paliers 95 agencés dans le carter 93 et porte un cer-
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tain nombre de paires de cames 96, 96a, chaque paire étant associée à une paire de bras basculants ou culbuteurs 98, 98a.
L'arbre à ca- mes 94 est actionné à partir du vilebrequin du moteur 65, par la cc= mande désignée dans son ensemble par la référence 97, et dans un rap fort fixe de vitesses avec l'arbre manivelle Les bras basculants ou culbuteurs 98, 98a sont supportés à pivot sur des excentriques 99, 99a montés rigidement sur un arbre 100 supporté dans des paliers 101 du carter d'engrenages93. L'arbre 100 des culbuteurs est condi- tionné pour être amené en rotation dans une position angulaire dési- rée, à l'aide du volant à main 102. Le volant à main 102 peut, na- turellement, être remplacé par un moyen mécaniquement actionné, ap- proprié. Comme il est représenté, le volant à main 102 est en engrè- nement avec l'arbre 100.
Chaque culbuteur formant les paires 98, 98a porte à un extrémité un galet de came 103 monté à pivot. L'au- tre extrémité 104 de chaque culbuteur forme taquet ou poussoir ainsi qu'il sera expliqué. Les bras oscillants ou culbuteurs, et les excen triques 99,99a de l'arbre 100 sont construits de façon telle que lorsque le volant à main 102 est amené à sa position médiane dans ses limites de déplacement, l'axe de pivotement de chacun des bras oscillants ou culbuteurs est déplacé de manière que l'extrémité for- mant taquet ou poussoir, 104, se meut librement sans faire contact avec une butée 105. La butée 105 est portée par des organes en for- me de levier, 106, montés au voisinage de chaque bras oscillant ou culbuteur constituant les paires 98, 98a, et chacun d'eux est mon- té à pivot sur l'arbre 100.
Si on le désire, les organes en forme de levier peuvent être supprimés, et les butées des bras oscillants ou culbuteurs, ou les poussoirs ou taquets peuvent attaquer directe- ment les tiges ou queues de soupapes.
Dans la construction représentée dans les dessins, cha- que organe en forme de levier, 106, est relié à pivot, par une che- ville 107, à la tige de soupape 59, et forme l'un des bras d'un le- vier coudé comportant un autre bras 108. Les organes en forme de levier, 106, sont agencés par paires correspondant aux paires de bras oscillants ou culbuteurs 98, 98a et, comme on le remarquera
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sur le dessin, chaque paire de leviers 106 est assemblée rigidement ces leviers par l'intermédiaire de la cheville 107 et / étant montés sur un ar- bre commun, travaillent comme un organe unique.
Chaque paire de le- viers porte une butée 105, conditionnée pour être repoussée vers le haut par l'une des extrémités en forme de taquet, 104,du bras oscil- lant ou culbuteur associé..Le mouvement complet de l'arbre 100, dans une direction, déplace l'axe de pivotement des bras oscillants ou culbuteurs de façon telle qu'un bras de chaque paire occupe une po- sition pour laquelle son extrémité formant taquet 104 déplace sa butée associée 105 et par conséquent la soupape correspondante 55 de son amplitude maximum. L'autre bras oscillant ou culbuteur de la paire a, par le même déplacement de l'arbre 100, été déplacé de @ façon que son extrémité formant taquet 104 se meut sans attaquer la butée associée 105.
Le déplacement complet de l'arbre 100, en direc= tion inverse, ramène le premier bras oscillant ou culbuteur hors d' action, et amène le second bras oscillant en position active. Comme on le comprendra aisément, le déplacement du bras oscillant ou cul- buteur dans des positions intermédiaires modifiera le déplacement ou soulèvement de la soupape, avec une variation résultante dans la puissance et la vitesse du moteur. Un bras oscillant ou culbuteur de chaque paire, 98, 98a, avec sa came associée, 96, ou 96a, corres- pond au déplacement en avant du moteur tandis que l'autre bras oscil lant et sa came associée, lorsqu'ils sont amenés en position active; assurent le renversement de marche du moteur.
En remplacement de dispositifs chargeant élastiquement les soupapes pour assurer la fermeture convenable de ces dernières, dans la disposition constructive représentée plus spécialement aux figures 13 et 14 on a fait usage d'une pression fluide,
Un piston 112, disposé dans un cylindre 111, est soumis à la pression régnant dans la conduite de sortie du compresseur à pression élevée, et il est relié à pivot, par une bielle 114, au bras de levier coudé 108. La pression continuellement exercée par le piston 112 sert à maintenir les soupapes de moteur, respectives
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en position fermée, tandis que la disposition permet à ces sou papes de s'ouvrir si une pression élevée dangereuse se produisait dans le cylindre du moteur.
A l'effet de maintenir l'organe d'attaque de la came, ou galet 103, en engagement continu avec sa came 96 ou 96a, un plongeur 115 est en contact avec chaque bras oscillant ou culbu- teur et il est conditionné pour se mouvoir dans un cylindre 116 ouvert au fluide gazeux du côté de haute pression du compresseur à pression élevée.
Des moyens élastiques peuvent naturellement être employ- és pour charger les soupapes dans la position de fermeture, en remplacement de l'agencement à pression fluide qui vient d'être décrit.
L'arbre manivelle du moteur, 65, est prolongé, et le pro longement 75 est employé pour actionner les cylindres @ froide à haute et basse pression, ou compresseurs 76,77. Les deux compres- seurs, sauf en ce qui regarde leurs dimensions, sont analogues quant à leur disposition. Chaque compresseur comprend un cylindre à double effet,78,comportant des entrées 79 et des sorties 80 vers les boites de soupapes supérieure et inférieure 81 et 82 reppecti- vement.L'ouverture d'entrée 79 dans chaque cylindre, mène dans un passage annulaire 83. Ce passage 83 s'ouvre directement dans le cy- lindre, mais avec interposition d'une soupape en forme de plaque ou clapet 84.' Le clapet 84 est monté à glissement sur un organe cen tral 85, constitué de façon à limiter le déplacement interne du cla- pet.
Le clapet 84 est pourvu d'ouvertures qui coïncident avec un passage annulaire interne 86 menant à une chambre 87 s'ouvrant di- rectement à la sortie 80. Un deuxième clapet 92 monté dans chaque boite de soupapes est conditionné pour fermer le passage 86 vers la chambre 87. L'organe 85 comprend une partie filetée, vissée dans la monture de la boite de soupapes, et fait saillie dans la chambre de sortie 87.Une garde de soupape 88 est montée sur le pro- longement de l'organe 85.
Dans chaque cylindre, le piston 89 est pourvu, sur cha-
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cune de ses faces, d'évidements 90 formés de manière que les pistone n'atteignent pas en fin de course les organes 85. Chacun des organes inférieurs 85 est de construction tubulaire afin de permettre le passage des tiges de piston 91. Durant la course descendante des pistons, par exemple, le clapet supérieur 84 est soulevé de son siè- ge par le vide partiel et la pression du côté de l'entrée, et décou- vre le passage annulaire 83 dans la boite de soupapessupérieure, en permettant ainsi la pénétration du gaz dans le cylindre.
En même temps, de l'autre côté du piston, du gaz est comprimé et repousse le clapet 84 correspondant contre son siège pour fermer le passage
83 dans la boite de soupapes inférieure.' Durant la course de retour, ascendante, du piston, le gaz du cylindre est comprimé, la pression servant à maintenir fermées les ouvertures d'entrée 83 jusqu'au mo- ment où la pression dans le cylindre est plus grande que celle qui règne dans la chambre 81 ; le clapet 84 supérieur est alors soulevé à l'encontre de la pression régnant du côté de sortie du compres- seur, et le gaz comprimé est évacué. Le fonctionnement est le même des deux côtés du cylindre. La garde 88 empêche les déplacements excessifs du clapet 84.
Chaque cylindre est pourvu d'une chemise 93 dans laquel- / le on peut faire circuler de l'eau de refroidissement?
Les manivelles qui correspondent respectivement aux cy- lindres à haute et basse pression, sont décalées de façon que les cylindres chaud et froid, à pression élevée, travaillent conjointe- ment, c'est à dire, un cylindre froid se vide tandis qu'un cylindre chaud se remplit, et vice-versa. Les cylindres chaud et froid à bas se pression sont agencés de manière analogue.
On peut naturellement adopter pour les soupapes toute construction connue, appropriée, telle celle de soupapes tubulaires à commande par came, ou bien l'agencement peut comprendre les deux dispositions; par exemple, l'ouverture d'entrée peut être contrôlée par une soupape tubulaire actionnée d'une manière positive, et l' ouverture de sortie peut être contrôlée par un clapet à la manière décrite plus haute,
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Dans la construction décrite, on peut prévoir un ressort pour concourir à la fermeture du clapet 84,
et des moyens connus peuvent être employés pour régler l'effort exercé par ce ressort.'
Tous les passages pour l'écoulement du fluide vers les boites de soupapeset à travers le moteur sont convenablement établi sous forme de trajets de moindre résistance là où la chose est pos- sible pour éviter les frottements et le laminage du fluide.
Le cycle moteur peut être modifié en supprimant les moy- ens pour refroidir le fluide après qu'il est évacué du moteur et en voyé à travers le coté de basse pression du régénérateur.
Dans ce cas, le fluide passe du régénérateur à l'atmos- phère., L'évacuation du régénérateur peut être employée pour alimen- ter le réchauffeur d'air de foyer, et à éviter un ventilateur de ti rage forcé. Dans cette disposition modifiée, des pompes d'alimenta- tion d'air, des dispositifs d'évacuation, des dispositifs de con- trôle de pression et d'autres dispositifs secondaires sont suppri- més.
Afin d'évacuer une partie du fluide moteur, des soupapes à pointeau ou à aiguille peuvent être disposées en des points ap- propriés du cycle, ces soupapes étant continuellement ouvertes lori que le moteur fonctionne, et fermées lorsqu'il est arrêté. Les pom- pes à air de contrôle de pression peuvent fournir le fluide complé= mentaire nécessaire.
Lorsque les pompes sont actionnées par l'arbre du moteur et sont pourvues de moyens de décharge actionnés par des pistons ou plongeur lesquels, à leur tour, sont influencés par les pres- sions du moteur, il est nécessaire de prévoir des moyens auxiliai- res pour mettre le moteur en marche à l'aide du fluide à basse pro sion. Ces moyens auxiliaires peuvent avantageusement comprendre un réservoir à gaz à pression élevée ou bien une pompe auxiliaire.
Des variations considérables de puissance et, ou des variations de vitesse d'inflammation ou d'intensité de combustion peuvent modifier la température du gaz et de l'air du moteur à pa.
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tir d'un degré déterminé.
Ces modifications peuvent être entièrement assurées par la commande de contrôle de pression automatique mais, si on le désire dea chambres, récipients ou espaces à volume variable de cylindre peuvent être formés dans,ou au voisinage, ou reliés à chaque cylindrp pour réduire, si c'est nécessaire ou convenable, les services deman- dés à la commande de pression automatique.
Si le volume d'espace mort d'un cylindre froid est augmen- té, le poids de gaz ou d'air de moteur débité par ce cylindre est réduit, ou vice-versa, et si le volume d'espace mort d'un cylindre chaud est augmenté, le poids d'air ou de gaz de moteur pris par ce cylindre sera réduit, ou vice-versa.
Les variations d'air ou de gaz de moteur dans une chambre, récipient, ou espace à volume variable de cylindre, peuvent être ob- tenues grâce à un piston à garniture d'étanchéité ou tout mécanisme équivalent, agencé de façon à être partiellement introduit dans ou @ tiré de ces chambres, récipients ou espaces.
Ces pistons ou mécanismes équivalents peuvent être action nés à main et, ou mécaniquement; chacun d'eux individuellement et, ou deux ou plusieurs d'entr'eux est ou sont actionnés par un levier ou roue ou volant unique relié à un, ou à plusieurs, ou à tous par des commandes appropriées.
EMI21.1
REVENDICATIONS.
1.- Un moteur perfectionné du type utilisant un fluide ga- zeux permanent, comprenant des moyens pour comprimer le fluide, un élément ou plusieurs éléments chauffants pour chauffer le fluide, des moyens propres à permettre au fluide comprimé et chauffé de se détendre pour exécuter du travail utile dans un ou un certain nom- bre d'étages de fonctionnement ou de travail, un régénérateur de eha 6/ leur comprenant des trajets alternés pour le fluide, la pression du fluide dans chaque trajet ayant une valeur sensiblement constante, le fluide, avant son introduction dans les moyens ou chaque étage des moyens propres à permettre au fluide d'accomplir du travail uti- le, ayant atteint sa température de cycle maximum, le fluide étant
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