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Procédé de préparation des charges pour mo- teurs à combustion interne.
La présente invention est relative à un procédé de formation des charges dans les moteurs à combustion in- terne, et est particulièrement applicable aux moteurs à quatre temps, tels que les moteurs d'automobiles, de ca- mions, d'aéroplanes, utilisant des combustibles liquides légers, la gazoline étant un exemple typique de ces
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combustibles. Le procédé de l'invention, peut être mis en oeuvre au moyen d'un appareil monté comme équipement auxiliaire sur les moteurs existants, ou au moyen d'un appareil compris dans le moteur.
L'objet principal de l'invention est un procé- dé grâce auquel les caractéristiques de puissance du cy- cle Otto sont avantageusement modifiées pour augmenter le rapport de la pression effective moyenne à la pression maxima, avec une augmentation résultante du rendement thermique et une amélioration de la capacité du moteur en puissance et en douceur,de façon que des détona- tions et allumages prématurés soient évités en se servant de gazoline ou d'un autre combustible liquide pratique- ment équivalent, qui n'a pas besoin de contenir des subs- tances anti-détonantes, et ceci même dans des moteurs avec un rapport de compression de 6 : 1 et plus, de sorte que ces moteurs deviennent disponibles pour l'utilisation pratique ;
de plus on réalise une économie de combustible, on supprime pratiquement la dilution du carter des mani- velles, et on obtient une combustion pratiquement complè- te, libre de dépôts de carbone, et une suppression prati- quement complète d'oxyde de carbone dans l'échappement du moteur.
Dans ce but le procédé de l'invention peut être décrit de manière générale comme comprenant la préparation de la matière de charge pour la combustion dans les cylin- dres du moteur par décharge de gaz d'échappement du moteur et d'air au-dessus du papillon du moteur en mélange direct avec le courant de combustible et d'air provenant du car- burateur, les gaz d'échappement et l'air additionnel étant amenés en proportions et en quantités automatiquement mesu- rées et à des températures et pressions automatiquement réglées conjointement à la manoeuvre du papillon du moteur,
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aur l'ensemble de la portée de marche â vide et de la portée -de marche motrice du fonctionnement du moteur.
Suivant une autre partie du présent procédé, partie qui peut être supprimée notamment lorsque le pro- cédé est mis en oeuvre avec un équipement auxiliaire sur des"anciens moteurs, mais qu'il est préférable de conser- ver, on imprime aux gaz pénétrant dans le cylindre dans la course d'admission un état d'agitation violente et de mélange ou malaxage avec les gaz non balayés de la cour- se de compression, de sorte que lorsque la charge est al- lumée vers la fin de la course de compression, ces gaz se trouvent à un état d'agitation violente et forment un mé- lange pratiquement homogène, adapté pour étaler, lors de l'allumage, rapidement la flamme sur toutes les parties de la chambre de combustion et assurer une combustion pratiquement complète.
Le procédé débute par le mélange de combusti- ble liquide avec un courant dtair. On peut employer dans ce but les carburateurs que l'on trouve dans le commerce, ou bien le carburateur peut être construit de façon que ses caractéristiques de mesurage soient spécialement adap- tées pour servir avec les autres phases du procédé. Le papillon est monté de préférence à l'emplacement usuel, c'est-à-dire dans le carburateur à son point de jonction avec la culotte d'admission, et est utilisé par l'opéra- teur pour étrangler et régler le courant de combustible et d'air sur son chemin aux cylindres du moteur.
Les carburateurs du commerce sont disposés pour que la totalité de la matière de la charge les traverse et traverse l'ouverture du papillon. Avec le présent pro- cédé, qui comprend l'introduction d'une partie de la ma- tière de charge au-dessus du papillon, il est désirable lorsqu'on se sert de ces carburateurs, depermettre
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l'introduction d'une partie de l'air total de la charge du cylindre au-dessus du papillon, tout en amenant enco- re la quantité convenable de combustible, et ce malgré l'aspiration réduite exercée sur le jet par suite de l'admission de matière de charge au-dessus du papillon.
En conséquence on réduit de préférence la grandeur du passage d'air ou l'étranglement du tube de Venturi entou- rant le jet de combustible, de sorte que, bien que le vo- lume d'air franchissant le jet soit diminué par rapport à la pratique avec les carburateurs usuels, la vitesse de l'air et en conséquence sa capacité pour cueillir le combustible, sont augmentées et que le combustible est pulvérisé de manière effective.
La simple réduction de la grandeur du passage d'air assure la vitesse dair nécessaire pour cueillir le combustible,tant que la dépression d'admission, malgré sa réduction par admission de gaz au-dessus du papillon, est relativement considérable, mais lorsque le papillon est plus grandement ouvert et que la dépression d'admis- sion est diminuée, il devient désirable de prendre des dispositions pour maintenir la vitesse de l'air franchis- sant le jet de combustible dans le but d'assurer l'alimen- tation requise en combustible. D'après l'invention, la disposition préférée consiste à actionner, à ces moments, l'air de force vers l'admission d'air du carburateur.
Ainsi qu'il sera décrit ci-dessous au sujet de l'amenée de chaleur, cet air actionné est de préférence de l'air froid ou de l'air atmosphérique, tandis que l'air amené au carburateur par la seule aspiration avec des ouvertu- res partielles du papillon est de préférence réchauffé.
L'introduction des gaz d'échappement du moteur dans les charges du cylindre pour réduire les détonations a déjà été proposé, mais n'a jamais été appliqué en
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pratique à des moteurs fonctionnant avec de la gazoline ou un combustible liquide équivalent. Cette introduction ne fait toutefois partie de la présente invention qu'en combinaison avec les autres caractéristiques du présent procédé, qui sont essentielles pour pouvoir se servir de manière pratique des gaz d'échappement dans ce but. Les gaz d'échappement d'un moteur fonctionnant d'après le présent procédé sont particulièrement appropriés pour éviter les détonations, car ils sont pratiquement parfai- tement inertes, sauf un faible pourcentage d'oxygène, et leur carbone oxydé est pratiquement en entier du bioxyde, avec tout au plus des traces de monoxyde.
Le gaz d'éohap- pement est fourni avec la force de commande du courant de gaz d'échappement principal derrière lui, par exemple en le tirant du courant de gaz d'échappement principal par un tube de choc dont l'embouchure est tournée contre le flot du courant de gaz d'échappement, et le débit de ce gaz est automatiquement mesuré conjointement avec la ma- noeuvre du papillon du moteur, sur l'ensemble des portées de marche à vide et de marche motrice du fonctionnement du moteur.
Le gaz d'échappement possède un effet diluant et en se bornant à l'addition de ce gaz il en résulterait une perte de puissance, notamment en cas de pleines ou presque pleines charges du moteur. On introduit de l'air avec le gaz d'échappement cet air étant lui aussi mesuré automatiquement, et, en augmentant ainsi la concentration en oxygène qui s'unit avec le combustible, on compense ou fait plus que compenser l'effet diluant du gaz d'échap- pement inerte. Pour la commodité de l'expression on ap- pellera cette mesure 1111 équilibrage du gaz d'échappement" avec une alimentation d'air additionnel.
Aux moments de charges de cylindre relativement denses, cet,air
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additionnel est de préférence amené avec une pression derrière lui, ainsi qu'expliqué dans la suite, de sorte que tout en maintenant l'équilibre désiré, la quantité de gaz d'échappement inerte qu'on peut ajouter à la char- ge peut être augmentée lorsque de l'air additionnel est amené. De cette manière, on dispose d'une amenée de gaz d'échappement suffisante pour empêcher des détonations aux moments où ce gaz est le plus nécessaire dans ce but.
L'addition de gaz déchappement et d'air dans la matière de charge est effectuée de façon à réduire la dépression d'admission et à augmenter la pression initia- le de la charge au-delà de ce qu'on peut obtenir lorsque toute la matière de charge est conduite à travers le car- burateur par l'aspiration du moteur.
Ce résultat s'obtient en introduisant le gaz d'échappement et l'air par le sys- tème de culotte d'admission en un ou plusieurs points en- tre le papillon et les cylindres du moteur, en se servant de la dépression régnant dans la culotte d'admission comme source principale d'énergie pour obtenir une arrivée de gaz d'échappement et d'air lorsque la pression de la culotte d'admission est suffisamment inférieure à la pres- sion atmosphérique, et, lorsque la pression de la culotte d'admission se rapproche de la pression atmosphérique, en se servant, avec cette dépression d'admission telle que disponible, de la pression et de l'énergie cinétique des gaz d'échappement, non seulement pour actionner les gaz d'échappement eux-mêmes vers la culotte d'admission et les cylindres,
mais aussi pour aspirer de l'air et le dé- biter avec les gaz d'échappement. De plus, la pression et l'énergie cinétique de l'air en mouvement sont de pré- férence utilisées pour aider au chargement des cglindres, par exemple en recueillant l'air, qui doit être aspiré par le gaz d'échappement, au moyen d'un entonnoir exposé
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au soufflage du ventilateur du moteur ou à la vitesse du vent engendré par le mouvement du dispositif automobile, tel qu'une voiture automobile, un aéroplane, etc... L'aug- mentation de la pression initiale des cylindres ainsi obtenue donne une augmentation notable de force, et la diminution de la dépression d'admission ainsi obtenue augmente la force disponible en supprimant les pertes de pompe.
La décharge du mélange de gaz d'échappement et d'air est dirigée dans le conduit d'admission dans la direction d'écoulement de ce conduit, et on évite ainsi toute pression et tout soufflage en arrière à travers des ouvertures du carburateur, ou en d'autres points, et de plus, lorsque le papillon est relativement grand ouvert et que la dépression d'admission est basse, on aide, en dirigeant ainsi la décharge le mouvement de l'air chargé de combustible à travers le carburateur. Dans les pério- des de charges de cylindre pratiquement pleines, on dé- bite de préférence le jet de gaz d'échappement et d'air au conduit d'admission près du papillon et dans la direc- tion d'écoulement du courant de combustible et d'air du carburateur.
On peut ainsi assurer un mélange parfait de ces gaz avec le courant de combustible et d'air avant de le décharger dans les cylindres du moteur. Mais pour des charges de cylindre partielles qui n'exigent pas un mé- lange aussi parfait, tout en déchargeant de préférence une partje des gaz additionnels près du papillon, on in- troduit de préférence au moins la plus grande partie de ces gaz plus directement dans les cylindres du moteur, par exemple en les admettant près des orifices des soupa- pes d'admission par des ajutages, dirigés dans la direc- tion d'écoulement et montés de préférence dans les bran- chements de la culotte d'admission.
On amène également de la chaleur à la charge et
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on y procède de manière très effective par le mélange direct et de préférence central de gaz chauds au cou- rant de combustible et d'air provenant du carburateur.
Le fait de disposer de gaz d'échappement à des tempéra- tures élevées permet à la chaleur des gaz introduits au- dessus du papillon d'être contrôlée de manière simple et effective. Le contrôle de l'amenée de chaleur aisément disponible est tel que, pour de faibles charges du moteur, dans les portées inférieures de l'ouverture du papillon, lorsque les charges du cylindre sont de densité relative- ment basse, le combustible n'est pas simplement gazéifié, mais que la température de la charge est fortement élevée, bien qu'elle ne soit pas assez forte pour provoquer un changement chimique, ou un allumage spontané lors de la compression. L'air de compensation ou d'équilibrage, ame- né à ces périodes avec le gaz d'échappement chaud, est réchauffé par échange thermique avec le gaz d'échappement.
La décharge en deux reprises du mélange de gaz d'échappe- ment chauds et d'air réchauffé en mélange direct avec le courant de combustible et d'air pendant les périodes de charges de cylindre de faible densité, premièrement près du papillon et deuxièmement près des orifices de soupape d'admission, est particulièrement appropriée pour produi- re une gazéification très effective du combustible et une élévation notable de la température de la charge. Dans ces périodes on augmente aussi de préférence le débit de chaleur à la charge en amenant de l'air chaud au carbura- teur.
Lorsqu'on s'approche des charges maxima des cy- lindres, dans lesquelles les cylindres sont chargés de manière plus dense, et dans lesquelles le rendement est volumétrique, on réduit l'amenée de chaleur dans une mesu- re telle que tandis que la chaleur fournie est suffisante
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pour vaporiser complètement le combustible, on évite une élévation notable de la température de la charge et une perte résultante du rendement volumétrique. L'air admis par le carburateur à ces périodes est de préférence de l'air froid actionné de force vers l'admission d'air du carburateur dans le but d'augmenter sa vitesse et sa ca- pacité pour cueillir le combustible.
Le surplus de cha- leur des gaz dtéchappement est enlevé par rayonnement ou par mélange d'air froid avec les gaz d'échappement, ou par ces deux moyens à la fois, et le jet de gaz d'échap- pement et d'air, débité à l'admission près du carburateur, a le temps de se mélanger parfaitement avec le courant d'air et de combustible venant du carburateur, lorsqu'ils passent ensemble par le conduit d'admission, passage pen- dant lequel l'absorption de chaleur par le combustible en vaporisation réduit encore la température du gaz d'échap- pement. Le refroidissement des gaz d'échappement pendant des périodes de charges de cylindre denses augmente leur pouvoir de suppression des détonations qui ne se produi- raient qu'à ce moment.
Le mesurage du gaz d'échappement et de l'air, et la variation de l'amenée de chaleur et de l'utilisa- tion de la pression ou de l'énergie cinétique, ou des deux, pour les divers buts qui ont été décrits, sont contrôlés conjointement à la manoeuvre du papillon du moteur, de sorte que leur contrôle est automatique et qu'on évite complètement toute manipulation spéciale à la main qui exigerait une attention telle et présenterait de si nom- breuses difficultés de commande dans les conditions varia- bles auxquelles les moteurs de dispositifs automobiles, et notamment de voitures automobiles, sont soumis, qu'el- le serait inacceptable dans l'utilisation pratique.
L'emploi du gaz d'échappement inerte dans la
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matière de charge permet d'étendre la période de combus- tion et d'augmenter la pression effeotive moyenne en avan- çant le moment d'allumage d'environ 30 à 40 en avant du point supérieur, sans provoquer ni détonations, ni allu- mages prématurés.
En plus de la formation de la matière de charge telle que décrite ci-dessus, avant que les charges pénè- trent dans le cylindre du moteur, on prend de préférence des dispositions pour assurer le maximum d'agitation pra- tiquement possible des gaz à tous moments à partir de l'entrée des gaz au-delà de la soupape d'admission jusqu' au moment de leur combustion. Ce résultat peut s'obtenir de diverses manières, dont l'une consiste à prévoir des éléments en forme de turbines ou de pales, disposés dans la chambre de combustion suivant un angle, pour imprimer aux gaz un tourbillonnement en mouvement cyclonique dans une direction lorsque le piston descend lors de la course d'admission et dans la direction opposée lorsque le pis- ton monte lors de la course de compression.
Bien que la forte turbulence des gaz confinés et la présence des pales de turbine soient avantageuses à de nombreux autres points de vue, on vise, avec cette agi- tation et le maintien de cette agitation des gaz, trois buts principaux: premièrement de compléter le mélange et 1 'homogénéisation parfaite de la matière de charge com- prenant le combustible et les composants gazeux, deuxiè- mement d'obtenir un mélange parfait avec la matière de charge des gaz non balayés du cycle précédent, qui sont eux-même à un état de circulation rapide et de turbulence au moment de l'entrée de la matière de charge pour le cy- cle suivant, et troisièmement d'assurer au moment de l'allumage de la charge un mouvement rapide,
une homogé- néité parfaite de la charge et une uniformité de la
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distribution de chaleur sur l'ensemble du corps confiné de matière de charge, de façon à étaler la flamme aussi rapidement que possible et à assurer,une combustion pra- tiquement uniforme et complète. Lorsque cette caractéris- tique du présent procédé est appliquée, il est bon de prévoir un réglage d'allumage quelque peu plus tardif que celui recommandé ci-dessus, dans le but d'assurer la pression effective et la puissance moyennes optima. Cette caractéristique permet d'augmenter encore notablement le rapport de compression sans détonations ni allumages prêt maturés, pourvu que la distribution aux divers cylindres du moteur soit pratiquement unif orme.
Dans les dessins ci-joints : Les fig. 1 et 2 sont des vues schématiques et illustrent la mise en oeu- vre du procédé de l'invention, la fig. 1 se rapporte aux ouvertures de papillon partielles et la fig. 2 au papil- lon ouvert en grand, pour la commodité de l'illustration le tiroir tournant et son manchon ou boîte sont représen- tés en deux parties séparées sur ces fig. 1 et 2. La coupe du boisseau de soupape représenté dans le haut de la fig. 1 passe par la ligne a - a et la coupe inférieure par la ligne b - b de la fig. 6, et les coupes semblables de la fig. 2 suivent les lignes c- c et d - d de la fig. 8. Les fig. 3 et 4 sont des vues schématiques en gé- néral semblables aux fig. 1 et 2, mais sont simplifiées par la suppression des parties qui ne fonctionnent pas à ce moment.
Les fig. 5, 6, 7 et 8 sont des développe- ments du manchon et du rotor de soupape et montrent les relations des lumières dans les diverses positions du rotor. La fig. 5 montre ces relations pour la marche à vide. La fig. 6 montre les relations de lumières peur le papillon en position de faible ouverture, et corres- pond aux fig. 1 et 3. La fige 7 montre les relations
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pour un papillon ouvert environ à moitié, et la fig. 8 pour le papillon complètement ouvert, cette fig. 8 cor- respondant aux fig. 2 et 4. La fig. 9 est une vue schéma- tique et montre la distribution des gaz additionnels aux branchements du conduit d'admission.
Dans la fig. 2 : a désigne le conduit d'air réchauffé, b l'échange thermique, c le rotor de la soupape, ±! le conduit de gaz d'échange chaud,.2 le con- duit d'échappement du motour. f le conduit de gaz d'é- change chaud et d'air réchauffé, g le conduit d'admis- sion du moteur, h le conduit d'air réchauffé, i le récipient de combustible.
Dans la fig. 4 : c, c" désignent les rotors des soupapes, i le récipient de combustible, 1 le ré- frigérant, k le papillon du moteur, 1 l'aspirateur, m la chambre de combustion du moteur, o le conduit de gaz d'échappement refroidi et d'air froid, p et p' le conduit d'air froid, q le ventilateur.
Le chiffre de référence 10 désigne un piston alternant dans un cylindre 12 de moteur à combustion interne; 14 désigne le maneton, 16 la bielle et 18 le vilebrequin. Le moteur représenté est du type à tête en T, contenant les soupapes d'admission 20 et les soupapes d'échappement 22, mais les soupapes peuvent être disposées de diverses tanières, le type représenté étant choisi uniquement comme permettant une illustration commode. Le conduit d'admission est dési'gné par 24 et le conduit d'échappement par 26. L'embouchure ouverte d'un tube de choc 28 prévu dans le conduit d'échappe- ment 26, est tournée contre l'écoulement du gaz d'échap- pement dans ce conduit.
Le gaz d'échappement chaud péné- trant dans le tube de choc 26 passe par le tuyau 30 au tiroir 32 tournant dans le manchon 33,son passage
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étant contrôlé par l'étendue de coïncidence de la lumière de manohon 34 avec la lumoère de tiroir 36. L'étendue de la coïncidence des lumières est indiquée par les hachures sur les fig. 4 à 8. Lorsque le moteur tourne à vide, seule l'étroite partie oblongue 37 de la lumiè- re 36 coïncide avec la lumière de manchon 34, ainsi que représenté sur la fig. 5.
Un dispositif d'échange thermique pour réchauf- fer l'air destiné à être mélangé avec le gaz d'échappe- ment amené par le tuyau 3 0, est représenté en 58,1'air étant introduit en 40 après avoir été réchauffé par la culotte d'échappement 26 et chauffé par exposition au conduit de gaz d'échappement 3 0 pourvu de nervures ou ailettes de rayonnement de chaleur 44. L'air réchauffé passe par des trous 46, 46a et 46b du manchon 33;la quantité de passage étant contrôlée par le degré de coïncidence de la lumière de soupape de mesurage 48 avec ces trous.
La lumière de soupape 48 comprend une partie en forme de rainure avancée 49, adaptée pour coïncider avec un trou 46 lors de la marche à vide, et le bord avant 50 de la lumière 48 est biseauté pour découvrir graduellement la série de petits trous 46b et ensuite la série de grands trous 46a du manchon 33. L'arrivée d'air réchauffé pour la marche à vide est réglée par le pointeau 51 qui permet de règler le degré d'ouverture du trou 46 dans le manchon 33. Avec de faibles ouver- tures de papillon (fig. 1 et 3 ) le mélange de gaz d'é- chappement chaud et d'air réchauffé quitte la soupape 32 par la lumière de soupape 52 et la lumière de manchon 54 menant au conduit 56 qui comporte de préférence déux branchements 58, 60.
Le branchement 58 mène à l'ajutage 62 monté juste au-dessus du papillon 64 et dirigé dans la direction d'écoulement du courant de
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combustible et d'air venant par le carburateur, ce carbu- rateur pouvant être de cens truc tien et de type quelcon- ques, mais comportant toujours une source de combustible
66 et d'air pulvérisateur 68, et on prévoit de préfé- rence un petit conduit 69 pour amener du combustible au-dessus du papillon en vue de la marche à vide. Le conduit d'admission est de préférence élargi à l'aju- tage 62, ainsi qu'indiqué en 70.. et est pourvu de pa- les spirales ou nervurées 72 pour provoquer une agita- tion et un mélange parfait, et pour ramener au passage du courant tout combustible liquide se logeant sur ces pales.
Le combustible liquide adhérant aux parois du passage est également ramené en arrière et dans le cou- rant par la bride ou collerette 74 dirigée vers le bas et prévue à la jonction de la partie élargie 70 avec la partie principale de la culotte d'admission 24.
Le branchement 60 du conduit 56 se termine de préférence en plusieurs ajutages 76 par lesquels le mélange de gaz venant du tiroir 32 est conduit à la culotte d'admission 24 dans la direction d'écoulement du courant relativement tout près des lumières des soupa- pes d'admission 20. Une disposition avantageuse pour un moteur à quatre temps, par exemple, est celle repré- sentée sur la fig. 9, dans laquelle un ajutage 76 est prévu pour chacun des branchements 24a du conduit d'ad- mission menant aux diverses paires de cylindres, et dans laquelle on a prévu des- robinets 77 pour règler la dis- tribution dans les divers conduits de branchement et pai- res de cylindres et pour corriger des irrégularités de distribution dues au type de moteur et à la construction de la culotte.
Des dispositifs d'étalement en forme de pales spirales 78 peuvent être portés dans les ajutages 76 pour produire l'agitation. La décharge sélective de
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gaz en 62 ou 76 est commandée par les deux papillons
80, 82, reliés l'un à l'autre et au papillon 64 par un système de tringles 84, ce papillon 64 étant relié par une tringle 86 à la soupape 32. A la position de faible ouverture partielle du papillon du moteur, position représentée sur la fig. 1, le papillon 80 menant à l'a- jutage 62 est fermé ou presque fermé, tandis que la sou- pape 82 menant aux ajutages 76 est pratiquement ou- verte en grand, de façon à débiter la totalité ou la plus grande partie du mélange de gaz d'échappement chaud et d'air réchauffé aux ajutages 76, le-débit à 62 étant nul ou presque nul.
Si on supprime l'un ou l'autre aju- tage 62 ou 76 (et en conséquence les papillons 80, 82), il est préférable de conserver l'ajutage 62 et de se passer de l'ajutage 76. Lorsque le présent système est monté comme dispositif accessoire et que la construction du moteur est telle qu'il n'est pas commode d'établir une communication juste au-dessus du papillon, on est obligé d'avoir recours à des liaisons de branchement,
L'admission d'air 68 du carburateur est de préférence divisée en branchements 88, 90 qui sont pour- vus de papillons.92, 94, reliés/à l'autre et au papil- lon de moteur 64, de sorte que le papillon 92 est ou- vert et le papillon 94 fermé lorsque le papillon du mo- teur est fermé ou presque fermé.
L'air amené par le pa- pillon 92 pour le fonctionnement du moteur avec de fai- bles ouvertures du papillon est de préférence chauffé par exemple au moyen d'un réchauffeur 96 entourant une par- tie du conduit d'échappement 26. Le papillon 94 s'ouvre et le papillon 94 se ferme lorsque le papillon du mo- teur est manoeuvré vers sa position d'ouverture, et lors- que le papillon 94 s'ouvre, l'air est actionné de force vers le carburateur par un dispositif de commande
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disponible quelconque, tel que le ventilateur 98 du mo- teur, l'air étant recueilli par l'entonnoir 100 et étant débité avec la force de commande du ventilateur 90 à travers le tuyau 102 De cette manière, l'air est con- duit à travers le carburateur lorsque le papillon est ou- vert ou presque complètement ouvert,
avec une vitesse ad- ditionnelle et un pouvoir additionnel résultant pour cueillir du combustible. La liaison pivotée entre la tringle 86 et la manivelle 104 du tiroir 32 compor- te de préférence une disposition pour le réglage de la manivelle dans un sens et dans l'autre, ainsi qu'indiqué par la flèche à deux pointes 106, et la manivelle 104 (ou son prolongement 108) se meut entre des arrêts régla- bles 110 et 112, de sorte que le rotor du tiroir peut être réglé par rapport à son manchon pour faire varier sa portée de mouvement et pour régler exactement le degré d'ouverture de la partie 37 de la lumière de gaz d'échap- pement chaud 36 pour la marche à vide du moteur.
Lors- que l'ouverture du papillon est telle qu'indiqué sur la fig. 1, ou moindre, l'énergie pour l'admission des flui- des gazeux, principalement fournie par l'aspiration du piston lors de la course d'admission, est indiquée par flèche en traits forts 113 de la fig. 1.
Lorsque le papillon est grand ouvert ou presque, l'état est celui représenté sur les fig. 2 et 4. La dé- pression d'admission est relativement faible et les sour- ces d'énergie disponibles pour actionner la charge sont utilisées pour aider à l'aspiration qui est disponible à ce moment, ainsi qu'indiqué par les flèches en traits forts 114 de la fig. 2. La lumière d'air.réchauffé 48 est fermée et en conséquence l'appareil d'échange thermi- que 38 ne fonctionne pas. La lumière 54 est elle aussi fermée.
Le gaz d'échappement ne pénètre que dans
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la soupape 32 par la lumière 36 et en sort par la lumière 52 coïncidant avec la lumière de manchon 115, pour passer àu réfrigérant 116, qui refroidit le gaz d'échappement. Après avoir franchi le réfrigérant 116, l'air froid est aspiré en 118, en refroidissant encore le gaz d'échappement, et le mélange de gaz d'échappement refroidi et d'air froid passa par le brancheraient 58 du conduit 56 et par le papillon 80 ouvert au conduit d'admission par l'ajutage 62 L'aspiration de l'aspi- rateur 118 peut être utilisée en partie pour une appli- cation convenable quelconque, par exemple pour élever le combustible d'un réservoir de combustible inférieur.
Une liaison prévue à cet effet avec l'étranglement du tube de Venturi d'aspiration est indiquée en 12 0. A l'encontre des dispositifs de levage de combustible reliés à l'admis- sion au dessus du papillon, la liaison d'aspiration 12 agit le plus effectivement aux moments où le papillon du moteur est ouvert, L'air froid est actionné par le venti- lateur 98 dans l'entonnoir 122, passe par le tuyau 123 et dans le rotor de soupape 32 par la lumière de manchon 124 et la lumière de soupape 126 et sort par la lumière de soupape 128 et la lumière de manchon 130, pour pas- ser par le conduit 132 à l'aspirateur 118, d'où le mé- lange de gaz d'échappement refroidi et d'air froid est débité au conduit d'admission 24,-en ne passant cette cette fois que par l'ajutage ,62,
le papillon 82 du branchement 60 étant fermé et le papillon 80 étant pratiquement grand ouvert. De cette manière le gaz d'é- chappement est refroidi par le réfrigérant, est encore refroidi par l'aspiration et le mélange d'air froid avec lui, et est encore refroidi en cédant la chaleur pour va- poriser le combustible.
Les dispositions de lumières sont telles qu'on
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obtient une transition graduelle des conditions pour des charges de faible densité d'après les fig. 1, 3, 5 et 6, à celles pour des charges de densité élevée d'après les fig. 2, 4 et 8. La fig. 7 montre les positions des lu- mières à une phase de la période transitoire dans laquel-;- le le passage 54 menant directement aux cylindres du moteur et le passage 115 y menant indirectement par le réfrigérant 116 et l'aspirateur 118, sont ouverts partiellement de manière simultanée.
La disposition des pales inclinées 20a s'éten- dant radialement sur le bloc des cylindres autour de l'embouchure de l'alésage de cylindre 12,ou une autre disposition équivalente, provoque un mouvement rotatif ou cyclonique des gaz d'échappement lors de la course d'échappement ou de balayage, et de la charge entrante lors de la course d'admission lorsque le piston descend et un mouvement inverse lors de la course de compression lorsque le piston monte, et comme l'allumage a lieu avant-que la course de compression soit complétée, les gaz confinés et comprimés sont dans un état d'agitation violente lors de leur allumage, et sont parfaitement homogénéisés et mélangés avec les gaz non balayés res- tant dans le cylindre du cycle précédent, leur chaleur étant pratiquenent uniformément distribuée,
conditions qui sont celles se prétant à un étalement extrêmement rapide de la flamme et à une combustion pratiquement complète et uniforme.
De cette manière on s'assure à l'intérieur des cylindres du moteur les résultats avantageux de la forma- tion des charges à l'extérieur des cylindres, de la fa- çon la mieux adaptée pour les diverses portées de fonc- tionnement du moteur, et de plus, tandis qu'une forma- tion irrégulière de la charge de combustion peut
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provoquer une accumulation de carbone dans un moteur ne fonctionnant pas d'après le présent procédé de formation de charge à l'extérieur des cylindres, cet inconvénient ne se manifeste pas en se servant du¯présent procédé qui empêche l'accumulation de dépôts de carbone.
Il faut encore noter que la disposition des élé- ments de pale telle que décrite constitue un moyen comme- de pour réduire l'espace mort et en même temps augmenter l'aire de surface pour le refroidissement. Bien que les pales puissent être refroidies à l'eau, elles sont de préférence pleines avec une abondance de métal pour con- duire la chaleur aux parois, et lorsqu'elles sont ainsi formées, elles cèdent rapidement leur chaleur à la char- ge entrante. Lorsque l'installation est du type acces- soire, les pales peuvent être montées séparément en étant formées sur un anneau inséré ou un élément équivalent.
Le fonctionnement du présent procédé se com- prend aisément d'après les explications qui précèdent et l'illustration schématique des fig. 3 et 4 qui montrent nettement comment on suffit aux exigences différentes pour le fonctionnement du moteur avec des charges légères, auxquelles des moteurs d'automobile par exemple marchent presque toujours, et à pleine ou presque pleine charge.
Lorsqu'un moteur à combustion interne, par exemple un moteur d'automobile, marche à de faibles char- ges, la pression initiale des cylindres est considérable- ment inférieure à la pression atmosphérique, et il existe une perte de pompage considérable du fait que le piston travaille contre le papillon presque fermé, la charge avec laquelle les cylindres sont remplis est de densité faible, et les conditions sont en général telles que le fonctionnement du moteur est grandement aidé en augmentant le contenu des cylindres et en prévoyant une arrivée
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abondante de chaleur.
Dans ces périodes, ainsi que re- présenté sur la fig. 3, on amène à l'admission du moteur au-dessus du papillon un mélange de gaz d'échappement chaud et d'air réchauffé, et on admet aussi de préféren- ce de l'air chauffé au carburateur de façon à réduire les pertes de pompage et à éviter la présence de combustible humide dans la culotte et le cylindre, tout en augmentant à la fois la pression initiale du cylindre et la tempéra- ture.
Lorsque le moteur marche à pleines ou presque pleines charges, la situation est toute autre et il est nécessaire de prévoir une densité relativement forte de la charge du cylindre et pas plus de chaleur que celle nécessaire pour vaporiser la charge, tandis qu'un gaz inerte, au lieu de servir uniquement à compléter la den- sité de la charge comme dans le cas de failles charges, est désirable en proportions beaucoup plus considérables pour empêcher les détonations.
On suffit à ces oondi- tions, ainsi que représenté sur la fig. 4, en refroidis- sant le gaz d'échappement avec un réfrigérant à rayonne- ment, en le refroidissant encore avec de l'air froid as- piré avec lui, et finalement en mélangeant le gaz d'é- chappement refroidi ot l'air avec le courant de combusti- ble et d'air près du papillon, tout en introduisant un courant d'air froid dans le carburateur. On aide aussi à la préparation des charges à l'extérieur'des cylindres en les mettant et les maintenant à un état d'agitation parfaite et de mélange complet, à partir du moment où olles pénètrent dans le cylindre jusqu'à la combustion et pendant la combustion.
Les caractéristiques essentielles du cycle d'Otto ou cycle de volume constant sont notablement me difiées par le présent procédé. La décharge de gaz en
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plus du courant de combustible et d'air passant par le carburateur élève tous les points de la course d'aspira- tion avec une augmentation résultante de la pression lui* tiale, c'est-à-dire de la prsion au début de la course da compression. La ligne de compression comporte des pressions,d'unité abs.olue beaucoup plus élevées que dans l'exécution du cycle Otto normal. En raison de la quan- tité de gaz inerte présent il est nécessaire d'avancer le moment d'allumage..
Sauf à de très faibles vitesses du moteur, le réglage de l'allumage à environ 30- 40 en. avant du point mort est nécessaire pour obtenir le maximum d'augmentation de pression effective moyenne, Liais c'est dans la course motrice et d'expansion que les changements sont les plus grands. La caractéristique saillante du présent procédé réside dans la pression d'unité beaucoup plus élevée sur l'ensemble de la course motrice, avec une pression moyenne effective résultante plus élevée et un rendement thermique augmenté. Une augmentation dans le rapport de la pression effective moyenne à la pression maxima a lieu à un degré beaucoup plus avantageux, avec le résultat d'un type de combus- tion beaucoup plus doux, ce qui se manifeste dans les automobiles par l'absence pratique d'une réaction de cou- ple appréciable.
Des analyses du gaz d'échappement provenant du conduit d'échappement et des cylindres individuels, avec et sans utilisation du présent procédé, ont montré, par comparaison, qu'on obtient avec le-présent procédé un genre de combustion beaucoup plus complète, une absence pratiquement totale de monoxyde de carbone et une distri- bution améliorée pour les cylindres individuels.
En général, la pression de compression.. ou la pression mesurée au point mort sans allumer la charge
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dans le ou les cylindres pris pour le mesurage, varie, pour une vitesse donnée du moteur, à peu près directe- ment avec la densité de la charge et avec le degré d'ou- verture menant au donduit d'admission par le passage contrôlé par le papillon et le passage contrôlé situé au-dessus du papillon, et tandis qu'avec 1* introduction d'une partie de la charge au-dessus du papillon;
la portée entre la densité de charge la plus faible avec la tension de compression correspondante, et la-densité de charge maxima avec la tension de compression correspon- dante, est réduite, en comparaison aux moteurs prenant toute la charge à travers le carburateur, il existe néan- moins une étendue considérable de différence de pression Comme les tensions de compression peuvent être facilement déterminées pour des conditions de marche variables, on préfère se servir d'une espèce d'étalon de mesurage pour la portée des conditions de fonctionnement de la charge de cylindre de densité minima, donnant le minimum de force, jusqutà la charge de cylindre de densité maxi- ma et donnant pratiquement le maximum de force.
On se rend compte que le présent procédé peut être mis en oeuvre en se servant d'appareils de divers types, et que les appareils représentés schéma tiquemént ne sont connes qu'+ titre d'exemples et ne représentent aucune limitation de construction.
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Process for preparing charges for internal combustion engines.
The present invention relates to a process for forming charges in internal combustion engines, and is particularly applicable to four-stroke engines, such as the engines of automobiles, trucks, airplanes, using airplanes. light liquid fuels, gasoline being a typical example of these
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fuels. The method of the invention can be implemented by means of an apparatus mounted as auxiliary equipment on existing engines, or by means of an apparatus included in the engine.
The main object of the invention is a process by which the power characteristics of the Otto cycle are advantageously modified to increase the ratio of the average effective pressure to the maximum pressure, with a resulting increase in thermal efficiency and a consequent increase in thermal efficiency. improving the power and smoothness of the engine, so that detonations and premature ignition are avoided by using gasoline or other substantially equivalent liquid fuel, which does not need to contain anti-detonating substances, even in engines with a compression ratio of 6: 1 and above, so that these engines become available for practical use;
furthermore, fuel economy is achieved, the dilution of the crankcase is practically eliminated, and practically complete combustion is obtained, free of carbon deposits, and practically complete elimination of carbon monoxide in the crankcase. engine exhaust.
For this purpose the process of the invention may be generally described as comprising the preparation of the feed material for combustion in the cylinders of the engine by discharging engine exhaust gas and air above. the throttle valve of the engine in direct mixture with the flow of fuel and air coming from the carburettor, the exhaust gases and additional air being supplied in automatically measured proportions and quantities and at automatically temperatures and pressures adjusted jointly with the operation of the engine throttle,
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have the entire idle range and the driving range of engine operation.
According to another part of the present process, a part which can be omitted in particular when the process is carried out with auxiliary equipment on old engines, but which it is preferable to keep, the gases entering the engine are imprinted on. the cylinder in the intake stroke a state of violent agitation and mixing or kneading with the unswept gases of the compression stroke, so that when the load is ignited towards the end of the compression stroke , these gases are in a state of violent agitation and form a practically homogeneous mixture, suitable for spreading the flame rapidly on ignition over all parts of the combustion chamber and ensuring practically complete combustion.
The process begins by mixing liquid fuel with a stream of air. Commercial carburetors can be employed for this purpose, or the carburetor can be constructed so that its measurement characteristics are specially adapted for use with the other stages of the process. The throttle is preferably mounted in the usual location, that is to say in the carburetor at its junction with the intake breech, and is used by the operator to throttle and adjust the current of. fuel and air on its way to the engine cylinders.
Commercial carburetors are arranged so that all of the load material passes through them and passes through the throttle opening. With the present process, which involves introducing some of the charge material above the throttle, it is desirable when using such carburetors to allow
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the introduction of a part of the total air of the cylinder charge above the throttle, while still supplying the appropriate quantity of fuel, despite the reduced suction exerted on the jet as a result of the 'admission of load material above the throttle.
Consequently, the size of the air passage or the constriction of the Venturi tube surrounding the fuel jet is preferably reduced, so that, although the volume of air passing through the jet is reduced with respect to In practice with conventional carburetors, the speed of the air and consequently its capacity to pick up the fuel, are increased and the fuel is atomized effectively.
The simple reduction in the size of the air passage ensures the air speed necessary to pick up the fuel, as long as the intake vacuum, despite its reduction by admission of gas above the throttle, is relatively considerable, but when the throttle is more widely opened and the intake vacuum is reduced, it becomes desirable to make arrangements to maintain the velocity of the air passing the fuel jet in order to provide the required supply. in fuel. According to the invention, the preferred arrangement consists in actuating, at these times, the forced air towards the air intake of the carburetor.
As will be described below with regard to the supply of heat, this actuated air is preferably cold air or atmospheric air, while the air supplied to the carburetor by the suction alone with The partial openings of the throttle are preferably heated.
The introduction of engine exhaust gases into cylinder charges to reduce detonations has already been proposed, but has never been applied in
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practical to engines running on gasoline or equivalent liquid fuel. This introduction, however, only forms part of the present invention in combination with the other features of the present process, which are essential for the practical use of the exhaust gases for this purpose. The exhaust gases from an engine operating according to the present process are particularly suitable for preventing detonations, since they are practically perfectly inert except for a small percentage of oxygen, and their oxidized carbon is practically all of the gas. dioxide, with at most traces of monoxide.
The exhaust gas is supplied with the driving force of the main exhaust gas stream behind it, for example by drawing it from the main exhaust gas stream through a shock tube whose mouth is turned against. the flow of the exhaust gas stream, and the flow of this gas is automatically measured in conjunction with the throttle operation of the engine, over all of the idle and power ranges of engine operation.
The exhaust gas has a diluting effect and if only adding this gas would result in a loss of power, in particular in the event of full or almost full engine loads. Air is introduced with the exhaust gas, this air also being automatically measured, and, by thus increasing the oxygen concentration which unites with the fuel, one compensates or does more than compensate for the diluting effect of the gas. inert exhaust. For convenience of expression this measure will be called 1111 exhaust gas balancing "with additional air supply.
At times of relatively dense cylinder loads, this air
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The additional charge is preferably supplied with pressure behind it, as will be explained hereinafter, so that while maintaining the desired equilibrium, the amount of inert exhaust gas which can be added to the charge can be increased when additional air is supplied. In this way, there is a sufficient supply of exhaust gas to prevent detonations at times when this gas is most necessary for this purpose.
The addition of exhaust gas and air to the charge material is effected so as to reduce the intake vacuum and increase the initial charge pressure beyond what can be achieved when the full charge is exhausted. charge material is carried through the carburettor by the engine suction.
This is achieved by introducing the exhaust gas and air through the intake breech system at one or more points between the throttle valve and the engine cylinders, making use of the negative pressure in the engine. the intake breech as the main source of energy for obtaining an inlet of exhaust gas and air when the intake breech pressure is sufficiently lower than atmospheric pressure, and, when the air pressure intake breeches approach atmospheric pressure, making use, with this intake depression as available, of the pressure and kinetic energy of the exhaust gases, not only to actuate the exhaust gases themselves -the same to the intake breeches and the cylinders,
but also to suck in air and deliver it with the exhaust gases. In addition, the pressure and kinetic energy of the moving air are preferably used to aid in the loading of the windshields, for example by collecting the air, which is to be drawn in by the exhaust gas, by means of of an exposed funnel
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to the blowing of the engine fan or to the speed of the wind generated by the movement of the automobile device, such as an automobile, an airplane, etc. The increase in the initial pressure of the cylinders thus obtained gives an increase significant force, and the decrease in intake vacuum thus obtained increases the force available by eliminating pump losses.
The discharge of the mixture of exhaust gas and air is directed into the intake duct in the direction of flow of this duct, and thus any back pressure and blowing through openings of the carburetor is avoided, or at other points, and additionally, when the throttle is relatively wide open and the intake vacuum is low, the movement of the fuel-laden air through the carburetor is aided, thereby directing the discharge. In periods of substantially full cylinder charges, the jet of exhaust gas and air is preferably delivered to the intake duct near the throttle and in the direction of flow of the fuel stream. and air from the carburetor.
It is thus possible to ensure a perfect mixture of these gases with the flow of fuel and air before it is discharged into the cylinders of the engine. But for partial cylinder charges which do not require such perfect mixing, while preferably discharging some of the additional gases near the throttle, at least most of these gases are preferably introduced more directly. into the cylinders of the engine, for example by admitting them near the orifices of the intake valves by nozzles, directed in the direction of flow and preferably mounted in the ports of the intake breech.
We also bring heat to the load and
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this is done very effectively by the direct and preferably central mixing of hot gases with the fuel stream and air from the carburetor.
Having exhaust gases at elevated temperatures allows the heat of the gases introduced above the throttle to be controlled simply and effectively. The control of the readily available heat supply is such that, at low engine loads, in the lower reaches of the throttle opening, when the cylinder loads are of relatively low density, fuel is not available. not simply gasified, but the temperature of the charge is greatly elevated, although not strong enough to cause a chemical change, or spontaneous ignition during compression. The compensating or balancing air, supplied at these times with the hot exhaust gas, is heated by heat exchange with the exhaust gas.
The double discharge of the mixture of hot exhaust gases and heated air in direct admixture with the fuel and air stream during periods of low density cylinder loads, first near the throttle and second near inlet valve ports, is particularly suitable for producing very efficient gasification of the fuel and a noticeable rise in charge temperature. In these periods the heat flow rate to the load is also preferably increased by supplying hot air to the carburetor.
When approaching the maximum cylinder loads, in which the cylinders are loaded more densely, and in which the efficiency is volumetric, the heat input is reduced to such an extent that while the heat supplied is sufficient
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in order to completely vaporize the fuel, a noticeable rise in the temperature of the charge and a resulting loss in volumetric efficiency is avoided. The air admitted by the carburetor at these times is preferably cold air forced to the air inlet of the carburetor in order to increase its speed and capacity for picking up fuel.
The excess heat from the exhaust gases is removed by radiation or by mixing cold air with the exhaust gases, or by both of these means, and the jet of exhaust gas and air , delivered to the intake near the carburettor, has time to mix perfectly with the current of air and fuel coming from the carburettor, when they pass together through the intake duct, during which the absorption of heat by the vaporizing fuel further reduces the temperature of the exhaust gas. Cooling the exhaust gases during periods of dense cylinder loads increases their ability to suppress detonations that would only occur at that time.
Measuring exhaust gas and air, and varying the heat input and the use of pressure or kinetic energy, or both, for the various purposes which have been described, are controlled in conjunction with the operation of the engine throttle valve, so that their control is automatic and that any special handling by hand which would require such attention and present so many control difficulties under the conditions is completely avoided. variables to which the motors of automotive devices, and in particular of motor cars, are subjected, that it would be unacceptable in practical use.
The use of inert exhaust gas in the
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matter of charge allows the combustion period to be extended and the average effeotive pressure to be increased by advancing the ignition moment by approximately 30 to 40 in front of the upper point, without causing either detonations or ignition. premature magi.
In addition to the formation of the charge material as described above, before the charges enter the engine cylinder, provision is preferably made to ensure the maximum practicable agitation of the gases at the engine. all times from the entry of gases beyond the inlet valve to the moment of their combustion. This can be achieved in a number of ways, one of which is to provide turbine or blade shaped elements, disposed in the combustion chamber at an angle, to cause the gases to swirl in cyclonic motion in one direction when the piston moves down on the intake stroke and in the opposite direction as the piston moves up on the compression stroke.
Although the strong turbulence of the confined gases and the presence of the turbine blades are advantageous from many other points of view, with this agitation and the maintenance of this agitation of the gases, three main purposes are aimed at: firstly, to complete the mixing and perfect homogenization of the feed material including fuel and gas components, secondly obtaining a perfect mixing with the feed material of the unswept gases from the previous cycle, which are themselves at a low level. state of rapid circulation and turbulence at the time of entry of the charge material for the next cycle, and thirdly to ensure rapid movement at the moment of ignition of the charge,
perfect homogeneity of the load and uniformity of the
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distributing heat over the entire enclosed body of filler material, so as to spread the flame as rapidly as possible and to ensure practically uniform and complete combustion. When this feature of the present process is applied, it is advisable to provide for a somewhat later ignition timing than that recommended above, in order to ensure optimum effective pressure and average power. This characteristic makes it possible to further increase the compression ratio significantly without detonations or ready matured ignitions, provided that the distribution to the various cylinders of the engine is practically uniform.
In the attached drawings: Figs. 1 and 2 are schematic views and illustrate the implementation of the process of the invention, FIG. 1 relates to the partial butterfly openings and fig. 2 with the butterfly open wide, for the convenience of the illustration, the revolving drawer and its sleeve or box are shown in two separate parts in these figs. 1 and 2. The cross section of the valve plug shown at the top of fig. 1 passes through line a - a and the lower section through line b - b in fig. 6, and similar sections in FIG. 2 follow lines c- c and d - d of fig. 8. Figs. 3 and 4 are schematic views generally similar to FIGS. 1 and 2, but are simplified by removing parts that are not working at this time.
Figs. 5, 6, 7 and 8 are developments of the valve sleeve and rotor and show the relationships of the lumens in the various positions of the rotor. Fig. 5 shows these relationships for idling. Fig. 6 shows the light relations for the throttle in the low opening position, and corresponds to figs. 1 and 3. Figure 7 shows the relationships
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for a butterfly open about halfway, and fig. 8 for the fully open butterfly, this fig. 8 corresponding to fig. 2 and 4. FIG. 9 is a schematic view and shows the distribution of additional gases to the connections of the intake duct.
In fig. 2: a designates the heated air duct, b the heat exchange, c the valve rotor, ±! the hot exchange gas duct, .2 the engine exhaust duct. f the hot exchange gas and heated air duct, g the engine intake duct, h the heated air duct, i the fuel container.
In fig. 4: c, c "designate the valve rotors, i the fuel container, 1 the refrigerant, k the engine throttle, 1 the vacuum cleaner, m the engine combustion chamber, o the gas pipe cooled exhaust and cold air, p and p 'the cold air duct, q the fan.
Reference numeral 10 denotes an alternating piston in a cylinder 12 of an internal combustion engine; 14 designates the crank pin, 16 the connecting rod and 18 the crankshaft. The engine shown is of the T-head type, containing the intake valves 20 and the exhaust valves 22, but the valves may be arranged in various dens, the type shown being chosen only as allowing convenient illustration. The inlet duct is designated 24 and the exhaust duct 26. The open mouth of a shock tube 28 provided in the exhaust duct 26 faces the flow of gas. of exhaust in this duct.
The hot exhaust gas entering the shock tube 26 passes through the pipe 30 to the spool 32 rotating in the sleeve 33, its passage
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being controlled by the extent of coincidence of the manohon light 34 with the drawer light 36. The extent of the coincidence of the lights is indicated by the hatching in Figs. 4 to 8. When the engine is idling, only the narrow oblong portion 37 of the light 36 coincides with the sleeve port 34, as shown in FIG. 5.
A heat exchange device for reheating the air to be mixed with the exhaust gas supplied by the pipe 30 is shown at 58.1, the air being introduced at 40 after being heated by the pipe. exhaust pants 26 and heated by exposure to the exhaust gas duct 30 provided with heat radiating ribs or fins 44. The heated air passes through holes 46, 46a and 46b of the sleeve 33; the amount of passage being controlled by the degree of coincidence of the metering valve lumen 48 with these holes.
The valve lumen 48 includes an advanced groove-shaped portion 49, adapted to coincide with a hole 46 when idling, and the leading edge 50 of the lumen 48 is beveled to gradually uncover the series of small holes 46b and then the series of large holes 46a of the sleeve 33. The inflow of heated air for idling is regulated by the needle 51 which makes it possible to adjust the degree of opening of the hole 46 in the sleeve 33. With small openings - butterfly tures (fig. 1 and 3) the mixture of hot exhaust gas and heated air leaves valve 32 through valve lumen 52 and sleeve lumen 54 leading to duct 56 which preferably comprises two connections 58, 60.
The branch 58 leads to the nozzle 62 mounted just above the butterfly 64 and directed in the direction of flow of the current of
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fuel and air coming through the carburettor, this carburettor possibly being of any kind and of any type, but always comprising a source of fuel
66 and spray air 68, and preferably a small conduit 69 is provided for supplying fuel above the throttle for idling. The inlet duct is preferably widened at the nozzle 62, as indicated at 70, and is provided with spiral or ribbed skates 72 to cause agitation and perfect mixing, and to reduce. to the passage of the current any liquid fuel lodged on these blades.
The liquid fuel adhering to the walls of the passage is also brought back and into the current by the flange or collar 74 directed downwards and provided at the junction of the widened part 70 with the main part of the intake breech 24 .
The branch 60 of the conduit 56 preferably terminates in several nozzles 76 through which the gas mixture from the spool 32 is led to the inlet pant 24 in the direction of current flow relatively close to the valve ports. intake 20. An advantageous arrangement for a four-stroke engine, for example, is that shown in FIG. 9, in which a nozzle 76 is provided for each of the branches 24a of the inlet duct leading to the various pairs of cylinders, and in which valves 77 are provided for controlling the distribution in the various branch ducts. and pairs of cylinders and to correct distribution irregularities due to engine type and cylinder head construction.
Spreaders in the form of spiral blades 78 may be carried in nozzles 76 to produce agitation. The selective discharge of
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gas in 62 or 76 is controlled by the two butterflies
80, 82, connected to each other and to the butterfly 64 by a system of rods 84, this butterfly 64 being connected by a rod 86 to the valve 32. At the low partial opening position of the engine butterfly, position shown in fig. 1, the butterfly 80 leading to the nozzle 62 is closed or nearly closed, while the valve 82 leading to the nozzles 76 is almost fully open, so as to discharge all or most of the material. mixture of hot exhaust gas and heated air at nozzles 76, the flow rate at 62 being zero or nearly zero.
If one or the other nozzle 62 or 76 (and consequently the butterflies 80, 82) are omitted, it is preferable to keep the nozzle 62 and to dispense with the nozzle 76. When the present system is mounted as an accessory device and the construction of the motor is such that it is not convenient to establish a communication just above the throttle, one is obliged to have recourse to branch connections,
The air intake 68 of the carburetor is preferably divided into branches 88, 90 which are provided with throttles. 92, 94, connected to each other and to the engine throttle 64, so that the throttle 92 is open and throttle 94 closed when the engine throttle is closed or nearly closed.
The air supplied by the throttle 92 for operation of the engine with small throttle openings is preferably heated, for example by means of a heater 96 surrounding a part of the exhaust duct 26. The throttle valve 94 opens and the throttle 94 closes when the engine throttle valve is moved to its open position, and when the throttle 94 opens, air is forcibly actuated towards the carburetor by a device. control
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available, such as the motor fan 98, the air being collected by the funnel 100 and being discharged with the driving force of the fan 90 through the pipe 102 In this way the air is led through the carburetor when the throttle is open or almost fully open,
with additional speed and resulting additional power to gather fuel. The pivoted connection between the rod 86 and the crank 104 of the spool 32 preferably has an arrangement for adjusting the crank in one direction and the other, as indicated by the two-pointed arrow 106, and the crank 104 (or its extension 108) moves between adjustable stops 110 and 112, so that the spool rotor can be adjusted relative to its sleeve to vary its range of motion and to precisely adjust the degree of movement. opening of the portion 37 of the hot exhaust gas port 36 for idling the engine.
When the throttle opening is as shown in fig. 1, or less, the energy for the admission of the gaseous fluids, mainly supplied by the suction of the piston during the admission stroke, is indicated by the arrow in solid lines 113 in FIG. 1.
When the butterfly is wide open or almost, the state is that shown in fig. 2 and 4. The inlet pressure is relatively low and the energy sources available to actuate the load are used to assist with the suction which is available at that time, as indicated by the arrows in strong lines 114 of FIG. 2. The reheated air lumen 48 is closed and therefore the heat exchange apparatus 38 does not operate. Light 54 is also closed.
The exhaust gas only enters the
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valve 32 through lumen 36 and exits through lumen 52 coinciding with sleeve lumen 115, to pass to refrigerant 116, which cools the exhaust gas. After passing through refrigerant 116, cold air is drawn in at 118, further cooling the exhaust gas, and the mixture of cooled exhaust gas and cold air passed through branch 58 of duct 56 and through throttle 80 opened to the inlet duct by nozzle 62 The suction of the vacuum 118 may be used in part for any suitable application, for example to lift fuel from a lower fuel tank.
A connection provided for this purpose with the constriction of the suction Venturi tube is indicated at 12 0. Unlike the fuel lifting devices connected to the inlet above the butterfly valve, the suction connection 12 acts most effectively at times when the engine throttle is open. Cold air is actuated by fan 98 into funnel 122, passes through pipe 123 and into valve rotor 32 through sleeve lumen 124 and valve lumen 126 and exits through valve lumen 128 and sleeve lumen 130, to pass through conduit 132 to vacuum 118, hence the cooled exhaust gas mixture and cold air is delivered to the intake duct 24, this time passing only through the nozzle, 62,
the butterfly 82 of the branch 60 being closed and the butterfly 80 being practically wide open. In this way the exhaust gas is cooled by the refrigerant, is further cooled by the suction and the cold air mixture with it, and is further cooled by releasing heat to vaporize the fuel.
The lighting arrangements are such that
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obtains a gradual transition of conditions for low density loads according to fig. 1, 3, 5 and 6, to those for high density loads according to fig. 2, 4 and 8. FIG. 7 shows the positions of the lights at a phase of the transitional period in which -; - the passage 54 leading directly to the engine cylinders and the passage 115 leading indirectly through the coolant 116 and the vacuum cleaner 118, are partially open simultaneously.
The arrangement of the inclined blades 20a extending radially on the cylinder block around the mouth of the cylinder bore 12, or other equivalent arrangement, causes rotational or cyclonic movement of the exhaust gases upon discharge. exhaust or sweep stroke, and incoming load during the intake stroke when the piston descends and a reverse movement during the compression stroke when the piston rises, and as ignition takes place before the compression stroke is completed, the confined and compressed gases are in a state of violent agitation when they are ignited, and are perfectly homogenized and mixed with the unswept gases remaining in the cylinder of the previous cycle, their heat being practiced uniformly distributed,
conditions which are those which allow for an extremely rapid spread of the flame and a practically complete and uniform combustion.
In this way the advantageous results of the formation of charges outside the cylinders are ensured inside the cylinders of the engine, in the way best suited for the various operating ranges of the engine. , and moreover, while irregular formation of the combustion charge can
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cause carbon build-up in an engine not operating according to the present method of forming charge outside the cylinders, this disadvantage is not manifested by using the present process which prevents the build-up of carbon deposits .
It should also be noted that the arrangement of the blade elements as described constitutes one way of reducing dead space and at the same time increasing the surface area for cooling. Although the blades can be cooled with water, they are preferably filled with an abundance of metal to conduct heat to the walls, and when so formed they quickly give up their heat to the incoming load. . When the installation is of the accessory type, the blades can be mounted separately by being formed on an inserted ring or an equivalent element.
The operation of the present method is easily understood from the foregoing explanations and the schematic illustration of Figs. 3 and 4 which clearly show how the different requirements are sufficient for the operation of the engine with light loads, which automobile engines for example almost always run, and at full or almost full load.
When an internal combustion engine, for example an automobile engine, is operated at low loads, the initial pressure of the cylinders is considerably lower than atmospheric pressure, and there is considerable pumping loss because the piston works against the nearly closed throttle, the load with which the cylinders are filled is of low density, and the conditions are generally such that the operation of the engine is greatly aided by increasing the contents of the cylinders and providing for an arrival
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abundant heat.
In these periods, as shown in FIG. 3, a mixture of hot exhaust gas and heated air is brought to the engine intake above the throttle, and heated air is also preferably admitted to the carburetor so as to reduce losses. pumping and to avoid the presence of wet fuel in the cylinder head and cylinder, while increasing both the initial cylinder pressure and the temperature.
When the engine is running at full or almost full loads, the situation is quite different and it is necessary to provide a relatively high density of the cylinder charge and no more heat than that required to vaporize the charge, while an inert gas , instead of serving only to supplement the density of the charge as in the case of faulty charges, is desirable in much larger proportions to prevent detonations.
These conditions are sufficient, as shown in FIG. 4, cooling the exhaust gas with a radiant refrigerant, cooling it further with cold air drawn in with it, and finally mixing the cooled exhaust gas ot the air with the stream of fuel and air near the throttle, while introducing a stream of cold air into the carburetor. We also help in the preparation of the charges outside the cylinders by putting and maintaining them in a state of perfect agitation and complete mixing, from the moment when olles enter the cylinder until combustion and during combustion.
The essential characteristics of the Otto cycle or constant volume cycle are significantly improved by the present process. The gas discharge in
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more of the flow of fuel and air passing through the carburetor raises all points of the suction stroke with a resultant increase in the initial pressure, i.e. the pressure at the start of the suction stroke. compression stroke. The compression line has much higher absolute unit pressures than when running the normal Otto cycle. Due to the quantity of inert gas present it is necessary to advance the ignition moment.
Except at very low engine speeds, the ignition setting to about 30-40 in. before neutral is necessary to obtain the maximum increase in mean effective pressure, Liais it is in the driving stroke and expansion that the changes are greatest. The salient feature of the present process is the much higher unit pressure over the entire driving stroke, with a resulting higher effective average pressure and increased thermal efficiency. An increase in the ratio of the mean effective pressure to the maximum pressure takes place to a much more advantageous degree, with the result of a much smoother type of combustion, which is manifested in automobiles by the practical lack of appreciable torque reaction.
Analyzes of the exhaust gas from the exhaust duct and from the individual cylinders, with and without use of the present method, have shown, by comparison, that a much more complete kind of combustion is obtained with the present method. virtually total absence of carbon monoxide and improved delivery to individual cylinders.
In general, the compression pressure .. or the pressure measured at neutral without switching on the load
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in the cylinder or cylinders taken for measurement, varies, for a given engine speed, roughly directly with the density of the load and with the degree of opening leading to the inlet duct through the controlled passage by the throttle and the controlled passage located above the throttle, and while with the introduction of part of the load above the throttle;
the range between the lowest load density with the corresponding compression tension, and the maximum load density with the corresponding compression tension, is reduced, compared to engines taking all the load through the carburetor, it There is, however, a considerable extent of pressure difference As the compressive stresses can be easily determined for varying operating conditions, it is preferred to use some kind of measurement standard for the range of the operating conditions of the load. cylinder load of minimum density, giving the minimum force, up to the cylinder load of maximum density and giving practically the maximum force.
It will be appreciated that the present method can be carried out using apparatus of various types, and that the apparatuses shown diagrammatically are only exemplary and do not represent any limitation of construction.