Brevet FR2137324A1 — publié le 19721229

Dans les machines thermiques et, en particulier, dans les moteurs à combustion interne ne comportant pas de dispositif bielle-manivelle, il est nécessaire d'utiliser pour chaque piston un dispositif élastique capable de renvoyer vers le point mort intérieur où à lieu la combustion le piston préalablement projecté vers le point mort extérieur par la pression résultant de la combustion des gaz. À cette fin, il est avantageux de réaliser des dispositifs de renvoi élastique à compression de liquide qui, pour des pressions suffisamment élevées, permettent d'obtenir un haut rendement et un faible encombrement. I1 est également désirable que la section de la partie mobile du dispositif de renvoi soit la même que celle du piston thermique pour simplifier la réalisation de la machine et assurer une meilleure tenue mécanique des équipages mobiles. Or, étant donné la valeur de compressibilité des-liquides, si le dispositif de renvoi élastique à compression de liquide présente une section aussi importante que celle du piston thermique, la course utile du ressort élastique hydraulique ainsi constitué est très courte et la réaction élastique maximale très élevée. I1 en résulte, d'une part, des fortes contraintes mécaniques entraînant un alourdissement de la machine et accroîs sant les bruits de fonctionnement et, d'autre part, des fortes accélérations appliquées aux équipages mobiles.Ces accélérafions ont pour effet de réduire la durée drouverture des lumières d'admission et d'échappement du cylindre thermique et conduisent, par suite, à une admission incomplète en égard à la cylindrée disponible ainsi qu'à un échappement incomplet et à un effet de balayage réduit. La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus en créant un dispositif hydraulique de renvoi élastique à compression de liquide permettant d'accroître la course du ressort hydraulique constitué et de diminuer la réaction maximale élastique tout en conservant le meme diamètre sur toute la longueur des équipages mobiles. Conformément à l'invention, le dispositif hydraulique de renvoi élastique, notamment pour équipages mobiles de machine thermique, comportant un carter cylindrique dans lequel peut osciller au moins un équipage mobile entre un point mort inté rieur et un point mort extérieur1 comprend, d'une part, une chambre haute pression délimitée entre le fond du carter et une cloison intermédiaire prolongée par une queue tubulaire plongeant dans un alésage borgne de l'équipage mobile et débouchant dans la chambre haute pression remplie de liquide et dans laquelle la pression varie de façon sensiblement constante entre une valeur maximale correspondant au point mort extérieur de l'équipage mobile et une valeur minimale correspondant au point mort intérieur et, d'autre part, une chambre basse pression à volume variable remplie de liquide au point mort extérieur et délimitée entre la cloison intermédiaire et la face transversale en regard de l'équipage mobile et dans laquelle la pression du liquide correspondant au moment du point mort extérieur est légèrement supérieure à la pression atmosphérique en dessous de laquelle ladite pression chute pendant la plus grande partie de la course de l'équipage mobile vers le point mort intérieur. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexe. La figure unique est une demie coupe-élévation d'une me- chine thermique montrant la mise en oeuvre de l'objet de l'invention pour un équipage mobile. Selon le dessin, le dispositif, conforme à l'invention, est mis en oeuvre dans une machine thermique 1 du type à combustion interne comprenant un cylindre 2 contenant deux équipages mobiles 3 délimitant entre eux une chambre médiane commune 4 à volume variable dans laquelle débouchent un ou des conduits d'échappement 5 ainsi qu'un ou des conduits d'admission 6. Le cylindre 2 comporte pour chaque équipage mobile 3 une cloison transversale 7 s'étendant à distance du fond 8 correspondant pour délimiter une chambre 9 dénommée dans ce qui suit haute pression. La cloison 7 est prolongée à partir de sa face opposée au.fond 8 par une.queue tubulaire 10 ouvrant également à l'intérieur de la chambre 9. a queue 10 présenté un diamètre extérieur légèrement inférieur à celui d'un alésage axial borgne ou d'un puits Il pratiqué dans l'équipage mobile 3 à partir de la face transversale de ce dernier orientée vers la cloison 7. La longueur de l'alésage Il est légèrement supérieure à la distance axiale de la queue tubulaire 10. La face transversale de l'équipage mobile 3 présentant l'alésage Il délimite avec la face en regard de la cloison 7 et la surface périphérique de la queue 10 une chambre 12 à volume variable, dénommée dans ce qui suit basse pression. Dans la chambre 12 débouchent une canalisation 13 issue d'un réservoir de liquide et dont la section de tassage est contrôlée par un clapet 14 percé en son centre d'un ajutage ou trou calibré 15. La canalisation 13 débouche dans la chambre basse pression 2 légèrement en retrait de la cloison 7 et, plus précisément, au niveau transversal correspondant au point mort extérieur. Le cylindre 2 présente ainsi sur toute sa longueur utile un même diamètre permettant de conférer, par conséquent, une section constante à l'équipage mobile 3. La chambre basse pression 12 communique également par un clapet 16 avec un conduit 17 externe ou interne au cylindre 2 et débouchant par un clapet 18 dans la chambre haute pression 9. Le clapet 16 est disposé pour permettre uniquement la communication dans le sens chambre basse pression 12 - conduit 17, tandis que le clapet 18 est disposé pour permettre uniquement la communication dans le sens conduit 17 - chambre haute pression 9. Le tarage des clapets 14, 16 et 18 est en outre effectué pour que, dans la position de l'équipage mobile 3 correspondant au point mort extérieur et, par suite, à la compression maximale du dispositif élastique de renvoi hycraulique, la pression dans la chambre basse pression 12 atteigne une valeur légèrement supérieure à la pression atmosphérique, tandis qu'une forte pression règne dans la chambre 9 et que dans le conduit 17 règne une pression inférieure à celle exixtant dans la chambre 12. La machine, décrite ci-dessus, fonctionne de la façon suivante Dans la position de point mort extérieur représentée au dessin, le liquide remplissant toujours totalement la chambre haute pression 9 est soumise à une compressibilite maximale, de sorte que la réaction élastique est transmise par la queue 10 sur le fond de l'alésage ou du puits Il et tend à repousser l'équipage mobile 3 vers le point mort intérieur. Dans la chambre haute pression 9 constamment remplie de liquide, la pression dé croit progressivement pour atteindre une valeur voisine de zéro au bout de la course de compression du piston thermique de l'équipage mobile 3.Le déplacement de l'équipage mobile 3 fait croître le volume de la chambre basse pression 12 dans laquelle la pression devient inférieure à la pression atmosphérique dès que le déplacement correspondant du piston est amorcé. La chambre basse pression 12 tend à produire, par conséquent, un effet de retenue de l'équipage mobile 3 et agit de façon analogue à un ressort à réaction constante antagoniste au ressort élastique de renvoi constitué par le liquide de la chambre haute pression 9. De cette manière, on augmente la fréquence de fonctionnement pour une énergie donné.e transmise aux gaz comprimés dans la chambre à volume variable 4 par le déplacement aes équipages mobiles 3 renvoyés par les dispositifs hydrauliques. Au cours du déplacement de l'équipage mobile 3 vers le point mort intérieur, les clapets 16 et 18 restent fermés, de sorte qu'il n'existe aucun transfert de liquide entre la chambre haute pression 9 et la chambre basse pression 12 par l'intermédiaire du conduit 17. Au cours de ce mouvement, le clapet 14 est fermé, mais l'ajutage 15 qu'il présente laisse passer du liquide à débit constant vers l'intérieur de la chambre 12. Au niveau du point mort intérieur, la pression dans la chambre haute pression 9 s'annule et, de ce fait, celle existant dans le conduit 17 provoque l'ouverture du clapet 18 qui laisse échapper une petite quantité de liquide vers la chambre 9 pour assurer une compensation des fuites éventuelles produites, par exemple, entre les surfaces coopérantes de l'alésage borgne 11 et de la queue tubulaire 10. Après l'explosion des gaz comprimés et brûlés dans la chambre de combustion 4, l'équipage mobile 3 est renvoyé vers le point mort extérieur, ce qui a pour effet de comprimer progressivement le liquide de la chambre haute pression 9, mais par l'intermédiaire d'une faible surface correspondant à la section utile de l'alésage 11. Ceci permet d'assurer une haute pression à l'intérieur de la chambre 9 et de disposer d'une course utile comparativement importante.Lorsque l'équipage mobile 3 est poussé vers le point mort extérieur, la pression dans la chambre 12 croit et atteint une valeur supérieure au tarage du clapet 14 qui s' ouvre alors pour permettre l'évacuation de la fraction de liquide excédentaire pour maintenir la quantité de ce dernier dans la chambre 12 à un volume permettant d'atteindre juste la pression requise qui est calculée pour qu'au point mort extérieur cette pression soit supérieure à celle régnant dans le conduit 17. De la sorte, le clapet 16 s'ouvre et autorise le transfert partiel du liquide de la chambre basse pression 12 vers le conduit 17 pour rétablir la pression du liquide à l'intérieur de ce dernier à une valeur permettant un transfert éventuel ultérieur de liquide entre le conduit 17 et la chambre 9 lorsqu'il y a lieu de compenser les fuites existant entre cette chambre et la chambre basse pression 12. La canalisation 13 débouche par le clapet 14 dans la chambre 12 de manière à être fermée par l'équipage mobile Dgland ce dernier occupe la position de point mort extérieur. On donne ci-dessous un exemple chiffré illustrart les différences d'énergie emmagasinée par les liquides remplissant les chambres haute pression 9 et basse pression 12. L'exemple se rapporte à une machine thermique dont chaque équipage 3 présente un diamètre de 7 cm et dont la course est égalé à 5 cm. Dans cet exemple de construction, les volumes intérieurs des chambres 9 et 12 au moment du point mort extérieur du piston 3 sont respectivement égaux à 240 cmss et 10 cm3. Dans cette position particulière, on fait régner dans la chambre 9 une pression de 500 bars, dans la chambre 12 une pression de 20 bars et dans le conduit 17 une pression de 2 à 5 bars seulement. L'énergie utile emmagasinée dans la chambre 9, si l'on admet une compressibilité du liquide approximativement égale à 0,000056/bar, est égale à 0,000056 x 50au( x 240 = 168 joules, 20 tandis que l'énergie emmagasinée par le liquide de la chambre basse pression 12 est égale à 0,000056 x 202 x 10 = 0s0112 joule. 20 L'énergie cinétique de l'équipage mobile est, par conséquent, émmagasinée dans sa presque totalité dans la chambre haute pression 9 tout en permettant quand même une course utile relativement longue. Bien que cela ne soit pas représenté on peut envisager de prévoir au niveau du fond 8 un piquage chargé d'alimenter un moteur hydraulique. Outre sa fonction principale de renvoi élastique le dispositif fonctionne alors comme une pompe à faible débit mais à haute pression. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation, représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATI0NB 1 - Dispositif hydraulique de renvoi élastique, notamment pour équipages mobiles de machine thermique à pistons, comportant un carter cylindrique dans lequel peut osciller au moins un équipage mobile entre un point mort intérieur et un point mort extérieur, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, une chambre haute pression délimitée entre le fond du carter et une cloison intermédiaire prolongée par une queue tubulaire plongeant dans un alésage borgne de l'équipage mobile et ddbou- chant dans la chambre haute pression remplie de liquide et dans laquelle la pression varie de façon sensiblement constante entre une valeur maximale correspondant au point mort extérieur de l'équipage mobile et une valeur minimale correspondant au point mort intérieur et, d'autre part, une chambre basse pression à volume variable remplie de liquide au point mort extérieur et délimitée entre la cloison intermédiaire et la face transversale en regard de l'équipage mobile et dans laquelle la pression du liquide correspondant au moment du point mort extérieur est légèrement supérieure à la pression atmosphérique en dessous de laquelle ladite pression chute pendant la plus grande partie de la course de l'équipage mobile vers le point mort intérieur 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre haute pression et la cambre basse pression communiquent entre elles par une chambre de transfert, remplie de liquide, comportant deux clapets ouvrant respectivement et uniquement dans le sens de passage du liquide de la chambre de transfert vers la chambre haute pression, et de 3.a chambre basse pression vers la chambre de transfert. 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les clapets de la chambre de transfert sont tarés pour que la pression du liquide régnant dans cette chambre soit supérieure à la pression atmosphérique, mais inférieure à la pression maximale régnant dans la chambre basse pression au moment -u point mort extérieur. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre basse pression communique avec une canalisation issue d'un réservoir de liquide et dont la section de passage est contrôlée par un clapet ouvrant dans le sens de passage du liquide de la chambre de basse pression vers le réservoir et délimitant en son centre un ajutage calibré pour le passage constant du liquide dans le sens du réservoir vers la chambre basse pression. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'orifice de communication de la canalisation issue du réservoir avec la chambre basse pression est pré- vu pour déterminer la position du point mort extérieur de l'équipage mobile correspondant. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, earactérisé en ce que le cylindre et l'équipage mobile présentent tous deux un diamètre constant sur toute leur longueur. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la queue tubulaire prolongeant la cloison intermédiaire présente, d'une part, un diamètre extérieur légè- rement inférieur au diamètre intérieur du puits ou alésage borgne du piston ou équipage mobile et, d'autre part, une longueur nettement inférieure à la profondeur dudit puits.