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La présente invention est relative à des générateurs de gaz et spécialement à des générateurs de gaz du type à "piston libre".
Les générateurs de gaz connus de ce type présentent le désavantage que, tandis qu'ils sont économiques lorsqu'ils sont utilisés dans les bateaux, ils ne conviennent pas pour la pro- pulsion des véhicules à moteur, car leurs dimensions et leurs poids sont hors de proportion avec la puissance qu'ils fournis- sent et,'par leurs caractéristiques fondamentales, ils sont des
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unités /à mouvement lent et à vitesse constante, dépourvues de sou- un plesse, ce qui est/désavantage 'dans un moteur de véhicule.
Un autre désavantage est que, dans les générateurs connus, à "piston libre", les pistons sont projetés à l'écart l'un de l'autre par une explosion et sont ramenés à leur posi- tion normale par des poches d'air comprimé, qui sont formées aux extrémités du cylindre. Cette opération ne permet pas au générateur de fonctionner au grand ralenti et à des vitesses faibles. De plus, le fonctionnement de ces générateurs est tel que les gaz qui sont envoyés à la turbine à gaz sont fournis à partir d'une "masse" d'air comprimé se trouvant dans une chambre d'air, cet air étant libéré lorsque les pistons sont chassés à l'écart l'un de l'autre. De la sorte aucun moyen direct n'est prévu pour chasser les gaz à travers les lumières d'échappement vers la turbine à gaz.
Il entre dans les buts de l'invention d'éviter ces désa vantages et de procurer un générateur de gaz, spécialement desti- né à l'utilisation dans les véhicules à moteur, automobiles, véhicules commerciaux, hélicoptères, etc, générateur qui soit sùr, de poids léger, massif et comportant un nombre minimum de pièces mobiles.
Un autre but de l'invention est de procurer un généra- teur de gaz qui.puisse opérer à partir d'une vitesse de grand ra lenti jusqu'à une vitesse de plusieurs milliers de tours par minute avec peu ou pas de risque de raté d'allumage.
Un autre but encore de l'invention est de procurer des moyens grâce auxquels les gaz d'échappement sont chassés sous une compression mécanique directe à travers les lumières d'échap- pement vers la turbine à gaz.
Suivant l'invention, dans un procédé de fonctionnement d'un génére eur de gaz, l'air pour le mélange air-carburant des- tiné l'entraïnement d'un moteur diesel est chassé sous pres- sion dans les chambres de combustion du moteur diesel grâce à
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un compresseur d'air qui @ commandé par le moteur diesel, les gaz d'échappement du moteur diesel étant chassés hors des cham- bres de combustion et utilisés pour entraîner une roue-turbine.
Suivant l'invention encore, un générateur de gaz com- prend un moteur diesel, un compresseur d'air entraîné par ce moteur, une roue-turbine entraînée par les gaz d'échappement du moteur et des moyens pour accoupler le moteur et le compresseur d'air et pour faire passer les gaz d'échappement, depuis le moteur diesel, sous pression, vers la roue-turbine.
L'invention est schématiquement illustrée à titre d'exem- pel aux dessins annexés.
La figure 1 est une coupe à travers un générateur de gaz suivant l'invention.
La figure 2 est une vue d'extrémité montrant les bielles et l'arbre à manivelle.
La figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1.
La figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 1.
La figure 5 est une coupe à travers une réalisation modifiée d'un générateur de gaz suivant l'invention.
Dans la mise en oeuvre de l'invention suivant la cons- truction représentée aux dessins, un générateur de gaz, comprend un cylindre diesel à deux temps 1, annulaire fixe, qui est agen- cé pour commander un cylindre 2 de compresseur d'air, annulaire, fixe, en vue d'entraîner une turbine à gaz 3. Le cylindre 2 a en- viron quatre à cinq fois la capacité cubique du cylindre 1.
Dans le cylindre 1 sont prévues deux paires de piston 4,5 et 6,7 à deux têtes qui sont montés à pivotement en des positions diamétralement opposées sur des bras oscillants 8,9 et 10,11., Les bras oscillants 8.9 et 10,11 sont rormés d'une
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pièce respectivement avec les disques 12 et 13 qui sont eux- mêmes formés d'une pièce avec des manchons 14 et 15.
Les pistons sont réalisés en fonte ou en autre matière lourde de manière à absorber les pressions d'explosion et à ré- duire ainsi les fatigues internes.
Le cylindre annulaire 1 est fendu.circonférentiellement pour former deux moitiés qui sont boulonnées ensemble, une rai- nure annulaire étant formée suivant le.plus petit diamètre interne, les bras 8, 9, 10 et 11 passant à travers cette rai- nure.
Le cylindre de compression 2 est pourvu également de deux paires de pistons à deux têtes 16,17 et 18,19 qui sont montés à pivotement en des endroits diamétralement opposés res- pectivement sur les bras oscillants 20, 21 et 22, 23. Les bras oscillants 20, 21 et 22,23 sont formés d'une pièce avec dea disques 24 et -25 qui sont eux-mêmes constitués d'une pièce avec des manchons.26 et 27.
Le cylindre 1 est fixé grâce à des boulons au cylindre 2,et celui-ci est fixé par des boulons à un carter fixe 28.
Les manchons 15 et 27 sont fixés par des clavettes 29 à un manchon 30 qui est agencé pour tourner autour d'un arbre 31. Le manchon 30 s'étend dans le-carter 28 et est pourvu d'un bras de manivelle 32 comportant un manneton 33 sur lequel la petite extrémité d'une bielle 34 est montée.
Le manchon 14 est claveté sur l'arbre 31 qui est pourvu, à une extrémité dans le carter 28, d'un bras de manivelle 35.
Le manchon 26 est fixé par des clavettes 36 à un manchon 37 qui est agencé pour tourner autour du manchon 30. Une extrémité du manchon 37 s'étend dans le carter 28 et/est fixé à un flasque 38 prévu sur le bras de manivelle 35. Le manchon 37 présente une fente 39 permettant un mouvement relatif entre ce manchon 37 et le manchon 30.
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Le bras de manivelle 35 présente un manneton 40 sur le- quel la petite extrémité d'une bielle 41 est montée.
Les têtes des bielles 34 et 41 sont reliées à un arbre deux manivelles 42 sur une extrémité duquel est monté un volant 43.
De la sorte, on comprendra que les ,pistons .du cylindre diesel 1 sont .interconnectés avec les listons du -cylindre de compresseur d'air 2, de sorte qu'en fonctionnement, les pistons 4, 5 .servent à commander les pistons 18, 19. L'arbre à manivell 42 ne sert pas à :autre chose qu'à réaliser un entraînement pour des mécanismes auxilaires, tels qu'une pompe à carburant, une pompe à eau et une pompe à huile. De plus, l'arbre à manivelle supporte le volant 43 qui peut être pourvu d'un appareil de mise en marche électrique et qui aide également au fonctionne- ment uniforme du générateur lorsqu'il marche à des vitesses de grand ralenti.
Le cylindre diesel 1 comporte quatre lumières d'admis- sion d'air 44 et quatre lumières d'échappement 45. Les lumières d'admission 4 sont reliées par les lumières de transfert 46 au cylindre de compresseur d'air 2. Les lumières de transfert 46 peuvent être obliques et tangentiels de sorte que le gaz passe de l'extrémité d'admission à l'extrémité de sortie de la partie du cylindre en cause,en empêchant ainsi un "buffeting" des gaz qui pourrait réduire la vitesse.
De l'air est amené dans le cylindre 2 par quatre paires de lumières d'admission 47 qui sont pourvues'de certaines lon- gueurs de conduites 48 qui servent à procurer un tteffet de bélier" pour l'air entrant dans le cylindre.
De plus, le cylindre 1 est,pourvu de quatre gicleurs de carburant 49 qui sont agencés pour opérer par paires et sont commandés par tout moyen de contrôle connu dans le but décrit ci-après.
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La suite des opérations s'établit comme ci-après.
Dans la position montrée aux figures 3 et 4, des chambres A sont formées entre les pistons 4 et 7 et entre les pistons 5 et 6, et en même temps de l'air est amené dans les chambres de combustion B par les lumières d'admission 44, en chassant des gaz d'échappement à travers les lumières d'échappement 45. Au moment approprié, du carburant est envoyé dans les chambres
49 de combustion A par les gicleurs/et une combustion se réalise dans les deux chambres A en chassant ainsi les pistons 4 et 7 ainsi que 5 et 6 à l'écart les uns des autres.
Cette action amène les pistons à obturer les lumières d'admission et les lumières d'échappement d'air des chambres de combustion B et à ouvrir les lumières d'admission et les lumières d'échappement d'air des chambres de combustion A, en permettant ainsi aux gaz d'échappement des chambres A d'être chassés sous pression dans la turbine à gaz 3, et en provoquant ainsi le rapproche- ment des pistons µµet 7 ainsi que 4 et 6 pour comprimer l'air dans les chambres B, grâce à quoi une combustion simultanée se réalise dans les deux chambres B, ce qui écarte les pistons 5 et 7 ainsi que 4 et 6 les uns des autres, de sorte qu'ils re- prennent leur position précédente. Le cycle d'opérations est ensuite répété.
On verra, par conséquent, que chaque piston est amené à "flotter"' en un mouvement d'oscillation entre deux chambres de combustion, d'une manière telle que les pistons soient chas- sés par l'explosion dans deux directions et ne dépendent pas d'une poche d'air comprimé pour les chasser dans une des direc- tions comme dans les générateurs connus du type à "piston libre".
De plus, comme les pistons sont chassés dans deux directions, cela permet au générateur de fonctionner à une vitesse de grand ralenti, ce qui n'est pas possible avec les types connus.
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Comme les pistons 4,5 et 6,7 du cylindre 1 sont reliés aux pistons 16, 17 et 18, 19 du cylindre 2, les mouvements des pistons de cylindre 1 sont transmis aux pistons du cylindre 2.
Les pistons de celui-ci sont montés par rapport aux pistons du cylindre 1 de telle sorte que, lorsque les pistons 4, 7 et 5, 6 atteignent une compression maximum dans les chambres de combus- tion A, les pistons 16, 18 et 17, 19 atteignent une compression maximum en une position voisine des lumières d'admission 44 des chambres de combustion B, comme montré clairement aux figu- res 3 et 4, Dans cette position, par conséquent, les lumières de transfert $6 qui servent à l'alimenter de l'air dans les chambres de combustion A sont fermées par les pistons 4 et 5, et de l'a ire est amené par les deux paires de lumières d'admis- sion 47 qui desservent les chambres de combustion b.
De la sorte, on voit que le cylindre diesel 1 fait fonctionner le cylindre de compression d'air 2, en chassant ainsi de l'air comprimé dans les.chambres de combustion du cylindre 1, qui à son tour chasse les gaz d'échappement vers la turbine à gaz 3.
L'arbre à manivelle 42, qui est commandé par le cylindre 1 par l'intermédiaire de l'arbre 31 et du manchon 30, peut être pourvu d'une roue tentée 50 qui peut être agencée pour entraîner une pompe à carburant, une pompe à eau, une pompe à huile et tout autre équipement auxiliaire nécessaire. L'arbre à manivelle 42 porte également le volant 43 qui peut être relié à un appa- reil de démarrage électrique qui permet un démarrage efficace du générateur sans l'utilisation d'une installation auxiliaire qui est nécessaire dans les générateurs connus de ce type.
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Le cyli.ndre 1 peut être refroidi par eau en prévoyant une série de conduits 51 dans le carter de ce cylindre,de l'eau étant pompé dans ces conduits de toute manière convenable.
Des paliers convenables 52, par exemple des buselures métalliques à paroi mince,sont prévus aux endroits convenables
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dans tout le générateur. La lubrification des paliers 52 est réalisée par de l'huile qui y est pompée, passant par des vannes 53, vers des réservoirs d'huile 54 et, de là, par de nombreux conduits 55 vers les paliers.
Pour empêcher une perte de compression, des anneaux d'étanchéité 56 sont prévus entre les disques 12 et 13 et les disques 24 et 25, ainsi qu'entre ces mêmes disques et leurs car- ters cylindriques respectifs.
Lorsque le générateur doit être utilisé dans une automo- bile ou un véhicule'semblable, la roue-turbine 3 peut être mon- tée sur un arbre tronqué 58 qui est fixé au cylindre 1, et elle peut être reliée à l'arbre d'entraînement du véhicule par l'in- reédiaire d'un joint à cardan 59 et d'un engrenage 60. Ou bien, le générateur peut être monté à une extrémité du véhicule et la turbine 3 à l'extrémité opposée, auquel cas des conduits convenables peuvent être prévus pour guider les gaz d'échappe- ment depuis les lumières d'échappement vers la turbine 3.
De cet- te manière, l'embrayage, la botte de vitesses et le mécanisme de changement de vitesses des automobiles normales peuvent être supprimés et la puissance est contrôlée par le régulateur à pa- pillon, ce qui permet ainsi la réalisation d'une automobile à deux pédales.
Dans une va*ante de construction illustrée à la figure 5, la dispoition et le fonctionnement des pièces principales sont pratiquement les mêmes que décrit ci-avant. Cependant, dans cette construction, les pistons du compresseur d'air 2 ne sont pas entraînés directement par les pistons du cylindre diesel 1; ils sont entraînés par l'intermédiaire de l'arbre à manivelle 42 qui est un arbre à quatre manivelles, dont deux bielles sont reliées aux pistons du cylindre 1 et les deux autres aux pis- tons du cylindre 2.
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The present invention relates to gas generators and especially to gas generators of the "free piston" type.
The known gas generators of this type have the disadvantage that, while they are economical when used in boats, they are not suitable for propelling motor vehicles, since their dimensions and weights are beyond in proportion to the power they provide and, by their fundamental characteristics, they are
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slow moving, constant speed units lacking flexibility, which is / disadvantage in a vehicle engine.
Another disadvantage is that, in known "free piston" generators, the pistons are thrown apart from each other by an explosion and are returned to their normal position by air pockets. tablet, which are formed at the ends of the cylinder. This operation does not allow the generator to operate at high idle and low speeds. In addition, the operation of these generators is such that the gases which are sent to the gas turbine are supplied from a "mass" of compressed air located in an air chamber, this air being released when the gases are released. pistons are driven away from each other. In this way, no direct means are provided for driving the gases through the exhaust ports towards the gas turbine.
It is within the objects of the invention to avoid these disadvantages and to provide a gas generator, specially intended for use in motor vehicles, automobiles, commercial vehicles, helicopters, etc., which generator is safe. , light weight, massive and with a minimum number of moving parts.
Another object of the invention is to provide a gas generator which can operate from a high speed up to a speed of several thousand revolutions per minute with little or no risk of misfire. ignition.
Yet another object of the invention is to provide a means by which the exhaust gases are driven under direct mechanical compression through the exhaust ports to the gas turbine.
According to the invention, in a method of operating a gas generator, the air for the air-fuel mixture intended for driving a diesel engine is expelled under pressure into the combustion chambers of the gas generator. diesel engine thanks to
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an air compressor which is controlled by the diesel engine, the exhaust gases of the diesel engine being forced out of the combustion chambers and used to drive a turbine wheel.
According to the invention also, a gas generator comprises a diesel engine, an air compressor driven by this engine, a wheel-turbine driven by the exhaust gases of the engine and means for coupling the engine and the compressor. air and to pass the exhaust gases, from the diesel engine, under pressure, to the impeller.
The invention is schematically illustrated by way of example in the accompanying drawings.
Figure 1 is a section through a gas generator according to the invention.
Fig. 2 is an end view showing the connecting rods and the crankshaft.
Figure 3 is a section taken on line 3-3 of Figure 1.
Figure 4 is a section taken on line 4-4 of Figure 1.
Figure 5 is a section through a modified embodiment of a gas generator according to the invention.
In carrying out the invention according to the construction shown in the drawings, a gas generator comprises a two-stroke diesel cylinder 1, fixed annular, which is arranged to control an air compressor cylinder 2. , annular, fixed, to drive a gas turbine 3. Cylinder 2 has about four to five times the cubic capacity of cylinder 1.
In the cylinder 1 are provided two pairs of pistons 4,5 and 6,7 with two heads which are pivotally mounted in diametrically opposed positions on oscillating arms 8,9 and 10,11., The oscillating arms 8.9 and 10, 11 have a
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part respectively with the discs 12 and 13 which are themselves formed integrally with sleeves 14 and 15.
The pistons are made of cast iron or other heavy material so as to absorb the explosion pressures and thus reduce internal fatigue.
The annular cylinder 1 is slit circumferentially to form two halves which are bolted together, an annular groove being formed along the smaller internal diameter, the arms 8, 9, 10 and 11 passing through this groove.
The compression cylinder 2 is also provided with two pairs of double-headed pistons 16,17 and 18,19 which are pivotally mounted at diametrically opposed locations on the oscillating arms 20, 21 and 22, 23, respectively. Oscillators 20, 21 and 22,23 are formed in one piece with disks 24 and -25 which are themselves made in one piece with sleeves 26 and 27.
Cylinder 1 is bolted to cylinder 2, and cylinder 2 is bolted to a fixed crankcase 28.
The sleeves 15 and 27 are fixed by keys 29 to a sleeve 30 which is arranged to rotate around a shaft 31. The sleeve 30 extends into the housing 28 and is provided with a crank arm 32 comprising a crank handle 33 on which the small end of a connecting rod 34 is mounted.
The sleeve 14 is keyed on the shaft 31 which is provided, at one end in the housing 28, with a crank arm 35.
The sleeve 26 is fixed by keys 36 to a sleeve 37 which is arranged to rotate around the sleeve 30. One end of the sleeve 37 extends into the housing 28 and / is fixed to a flange 38 provided on the crank arm 35 The sleeve 37 has a slot 39 allowing relative movement between this sleeve 37 and the sleeve 30.
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The crank arm 35 has a crank pin 40 on which the small end of a connecting rod 41 is mounted.
The heads of the connecting rods 34 and 41 are connected to a two-crank shaft 42 on one end of which a flywheel 43 is mounted.
In this way, it will be understood that the pistons of the diesel cylinder 1 are interconnected with the strakes of the air compressor cylinder 2, so that in operation the pistons 4, 5 serve to control the pistons 18 19. The crankshaft 42 is not used for anything other than providing a drive for auxiliary mechanisms, such as a fuel pump, a water pump and an oil pump. In addition, the crankshaft supports the flywheel 43 which may be provided with an electric starting device and which also assists in the uniform operation of the generator when running at high idle speeds.
Diesel cylinder 1 has four air intake ports 44 and four exhaust ports 45. Intake ports 4 are connected by transfer ports 46 to air compressor cylinder 2. transfer 46 can be oblique and tangential so that the gas passes from the inlet end to the outlet end of the part of the cylinder involved, thereby preventing "buffeting" of the throttle which could reduce speed.
Air is supplied to cylinder 2 through four pairs of intake ports 47 which are provided with certain lengths of conduit 48 which serve to provide a water hammer effect for the air entering the cylinder.
In addition, cylinder 1 is provided with four fuel jets 49 which are arranged to operate in pairs and are controlled by any known control means for the purpose described below.
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The sequence of operations is as follows.
In the position shown in Figures 3 and 4, chambers A are formed between the pistons 4 and 7 and between the pistons 5 and 6, and at the same time air is brought into the combustion chambers B by the ports of intake 44, by forcing exhaust gases through the exhaust ports 45. At the appropriate time, fuel is sent to the chambers.
49 combustion A by the jets / and combustion is carried out in the two chambers A thus driving the pistons 4 and 7 as well as 5 and 6 away from each other.
This action causes the pistons to shut off the intake ports and the air exhaust ports of the combustion chambers B and to open the intake ports and the air exhaust ports of the combustion chambers A, in thus allowing the exhaust gases from the chambers A to be expelled under pressure in the gas turbine 3, and thus causing the pistons µµ and 7 as well as 4 and 6 to be brought together to compress the air in the chambers B, whereby simultaneous combustion takes place in the two chambers B, which separates the pistons 5 and 7 as well as 4 and 6 from each other, so that they return to their previous position. The cycle of operations is then repeated.
It will be seen, therefore, that each piston is caused to "float" in an oscillating motion between two combustion chambers, in such a way that the pistons are blown out in two directions and do not depend on them. no compressed air pocket to expel them in one of the directions as in known generators of the "free piston" type.
In addition, as the pistons are driven in two directions, this allows the generator to operate at high idle speed, which is not possible with known types.
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As the pistons 4,5 and 6,7 of cylinder 1 are connected to pistons 16, 17 and 18, 19 of cylinder 2, the movements of pistons of cylinder 1 are transmitted to pistons of cylinder 2.
The pistons of this are mounted relative to the pistons of cylinder 1 such that when pistons 4, 7 and 5, 6 reach maximum compression in combustion chambers A, pistons 16, 18 and 17 , 19 reach maximum compression at a position adjacent to the intake ports 44 of the combustion chambers B, as clearly shown in Figures 3 and 4, In this position, therefore, the transfer ports $ 6 which serve for the supplying air to the combustion chambers A are closed by the pistons 4 and 5, and air is supplied through the two pairs of intake ports 47 which serve the combustion chambers b.
In this way, it can be seen that the diesel cylinder 1 operates the air compression cylinder 2, thereby expelling compressed air into the combustion chambers of cylinder 1, which in turn expels the exhaust gases to the gas turbine 3.
The crankshaft 42, which is controlled by the cylinder 1 via the shaft 31 and the sleeve 30, may be provided with an impeller 50 which may be arranged to drive a fuel pump, a pump. water pump, an oil pump and any other necessary auxiliary equipment. The crankshaft 42 also carries the flywheel 43 which can be connected to an electric starter device which allows efficient starting of the generator without the use of an auxiliary installation which is necessary in known generators of this type.
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The cyli.ndre 1 can be water cooled by providing a series of conduits 51 in the housing of this cylinder, water being pumped through these conduits in any suitable manner.
Suitable bearings 52, for example thin-walled metal nozzles, are provided at suitable locations.
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throughout the generator. The lubrication of the bearings 52 is carried out by oil which is pumped there, passing through valves 53, to oil reservoirs 54 and, from there, through numerous conduits 55 to the bearings.
To prevent loss of compression, sealing rings 56 are provided between disks 12 and 13 and disks 24 and 25, as well as between these same disks and their respective cylindrical housings.
When the generator is to be used in an automobile or similar vehicle, the impeller 3 may be mounted on a stub shaft 58 which is attached to the cylinder 1, and it may be connected to the shaft of the engine. drive of the vehicle through a universal joint 59 and a gear 60. Or, the generator can be mounted at one end of the vehicle and the turbine 3 at the opposite end, in which case ducts Suitable can be provided to guide the exhaust gases from the exhaust ports to the turbine 3.
In this way, the clutch, gearbox, and shifting mechanism of normal automobiles can be omitted and the power is controlled by the throttle governor, thereby enabling the realization of an automobile. with two pedals.
In a construction va * ante illustrated in Figure 5, the arrangement and operation of the main parts are substantially the same as described above. However, in this construction, the pistons of the air compressor 2 are not driven directly by the pistons of the diesel cylinder 1; they are driven by means of the crank shaft 42 which is a shaft with four cranks, of which two connecting rods are connected to the pistons of cylinder 1 and the other two to the pistons of cylinder 2.