<Desc/Clms Page number 1>
"Perfectionnements apportés à la production d'un combustible au moyen de pétroles ou d'hydrocarbures liquides et à son introduction dans les moteurs à explosions. "-
EMI1.1
--.----.----------¯------ Société dite : "The Marion Steam Shovel Company" à Marion
Comté de Marion Etat d'Ohio
EMI1.2
Etate-t'tni s-d t dmér 3que.
-------------------------
EMI1.3
-------------,.------
L'invention porte sur un procédé perfectionné de production d'une charge de combustible et sur un système d'introduction de cette charge dans un moteur à explosions, en vue de la création de force motrice au moyen de pétroles ou hydrocarbures liquides et, ce préférence, d'hydrocarbures liquides de basse qua- lité. -
Ce procédé comprend une phase de production de l'élément combustible de la charge qui consiste à réduire cet hydrocarbure liquide, par pulvérisation, à l'état de brouillard, lorsqu'il est mélangé à une quantité d'air inférieure à la quantité d'hydrocar- bure liquide retenue dans le brouillard, déterminée
<Desc/Clms Page number 2>
par le poids de l'air et de l'hydrooabure liquide;
une phase d'introduction ou d'injection d'une charge de ce brouillard. d'hydrocarbure et d'air dans le cylin- dre d'un moteur à explosion, en quantité réduite com- parativement à la quantité d'air pur aspirée dans le cylindre en vue de constituer la charge explosive complète;
une phase dans laquelle s'effectue sous pression l'injection dudit mélange combustible dans le cylindre, de préférence lorsque la compression dans le cylindre à air est faible, par exemple atteint 40% seulement de son degré de compression final, bien que l'injection puisse être effectuée à un moment quelconque après l'admission de l'air dans le cylin- drejusqu'à la période où la compression a à peu près atteint le degré où se produit l'allumage, suivant la nature du moteur et la nature de l'hydrocarbure combustible (ainsi qu'on le verra plus loin ; unephase de distribution de combustible à travers l'air du cylindre, pendant la période de compression, entre l'injection et l'allumage;
la phase d'allumage exé- cutée au début par des moyens autres que l'auto- allumage et ensuite par l'auto-allumage résultant de la compression finale,-} l'allumage pouvant être continué d'une autre manière, par étincelle par exem- ple, bien qu'il soit préférable de la continuer par auto-allumage.-
Telles sont les phases principales du pro- cédé, objet de la présente invention, lequel a donné des réecltats très marquants et inusités pour l'uti-
EMI2.1
lisation dlhydrocarbur es liquides de prix et de qualité inférieurs, en vue de la production, lorsqu'on les combine à l'air, d'un combustible explosif économique
<Desc/Clms Page number 3>
et à forte puissance pour les moteurs à explosions.
On va indiquer quelques uns des avantages qui résultant de l'application de la présente invention:- a) le présent système peut être mis à exécution avec succès, dans tous les types de moteurs à explo- sions quels qu'ils soient; il convient, en particulier, au fonctionnement de moteurs relativement légers à basse pression, en raison de son adaptalilité à une plus faible compression;- b) La faculté d'utiliser avec succès des ma- tières combustibles de genres différents depuis la gazoline jusqu'à et y compris les pétroles bruts extrêmes, de même aussi que l'alcool ou autres com- bustibles liquides ; cette utilisation des pétroles bruts étant surtout envisagée pour constituer le mélange combustible;
o) La faculté de mettre en marche et d'actionner sans interruption, avec pour ainsi dire tous les com- bustibles, un moteur à explosions de type donné quel- conque à allumage initial, par exemple par l'étincelle électrique, suivie de l'application de l'auto-allu- mage seulement. Ces combustibles : gazoline, kérozène et les hydrocarbures lourds pouvant être interchangés dans le présent système sans nécessiter de modifi- cations dans la mise à exécution pratique du présent procédé, ou seulement avec de légères modifications qui rentrent complètement dans ses limites; d) La faculté de mettre en marche un moteur froid sans avoir recours à un démarreur; l'allumage étant effectué dans ce cas d'abord au moyen de l'étin- celle et, ensuite, par la chaleur de compression;
e) La suppression des carburateurs.
<Desc/Clms Page number 4>
Les dessins ci-annexés représentent, à titre d'exemple, un moteur à explosions dont la mise en marche et le fonctionnement peuvent être effectues conformément à l'invention, ainsi qu'un dispositif de pulvérisateur permettant de diviser l'hydrocarbure liquide et de la mélanger à l'air pour former le brouillard combustible. la fig. 1 de ces dessins est la vue sohémati- qye d'un moteur à explosions, - on a choisi un moteur à deux temps pour simplifier la description-, avec la pompe à hydrocarbure liquide, la pompe à air, le réser- voir d'emmagasinage de l'air et les tuyauteries.
La fig. 2 est une coupe verticale d'un moteur à deux temps, représenté schématiquement, muni d'une bou- gie d'allumage et d'un pulvérisateur à hydrocarbures du présent système.
La fig. 3 est une vue semblable qui montre le piston au moment où il commence sa course de compression.
La fig. 4 est une coupe faite suivant la ligne 4-4 de la fig. 3, en regardant dans le sens des flèches; on y voit le piston en plan et la chicane en coupe.
La fig. 5 est une vue semblable à celle de la fig. 3 montrant le piston à un point de sa course où. la compression est de 3 1/4 kgs/cm2 environ, dans un moteur dont la compression maximum est supportée être 8,5 kgs cm2 environ.
La fig. 6 est une autre vue semblable sur la- quelle le piston est représenté au point de compression de 8,5 kgs cm2 pour l'allumage.
La fige 7 montre en coupe verticale un cylindre avec la culasse, les lumières et les soupapesd'admis- sion et d'échappement, on y voit, le piston commençant sa course descendante ou d'aspiration; le moteur repré- senté est un moteur du type à quatre temps. /
<Desc/Clms Page number 5>
La fig. 8 est une vue semblable montrant le piston au début de la course asoendante ou de compression.
Ka fig. 9 est une vue semblable, le piston étant parvenu à un point de sa course de compression, où la compression est partielle, soit de 3 1/4 kgs/cm2 environ.
La fig.10 est une vue semblable sur cette figure le piston a achevé sa course de compression, l'allumage a eu lieu et le piston commence sa course descendante ou motrice.
La fig. 11 est une vue semblable, le piston étant de la moitié de la course motrice.
La fig. 12 est encore une vue semblable, le piston commençant sa course ascendante ou d'échappement.
La fig. 13 est la vue en plan d'un moteur du présent système, la fig. 14 en est l'élévation latérale ; la fig. 15 en est la vue en bout; la fig. 16 représente le dispositif de réglage des pressions du combustible et les fig. 17 et 18 montrent respectivement par une vue en bout et une élévation latérale, la came de commande de la soupape du pulvérisateur de combustible.
Les fige 19 et 20 représentent respectivement par une vue en bout et une vue de coté la transmission servant à opérer la sélection du cylindre et l'admission de la charge combustible.
La fig, 21 est une coupe verticale du pulvérisa- teur de combustible.
La fig. 21a représente, partie en coupe et partie en élévation, une position du pulvérisateur.
La fig. 22 est la vue de coté du moteur repré- senté dans son ensemble sur les fig. 13,14 et 15, une partie des cylindres étant enlevée ou arrachée pour mon- trer la position relative des pistons; sur ces figures les pièces sont supposées être dans la position voulue pour l'admission d'une charge dans le cylindre 1 et pour
<Desc/Clms Page number 6>
l'allumage de cette charge par l'étincelle.
La fige est la vue en plan du vilebrequin et de l'arbre à cames avec leur transmission ainsi que du levier d'étranglement 14 et du levier de réglage 20.
La fige 24 est une coupe verticale faite sui- vant la ligne 24-24 de la fig. 22 montrant un des pistons et des manchons dans la position de la course motrice,
On va décrire d'abord le présent système dans son application à un moteur à deux temps du type représenté sur les fig. 2 à 6 inclusivement, et, ensuite, son application à un moteur à quatre temps du type re- présenté sur les fig. 7 à 12 inclusivement, étant en- tendu qu'il peut s'appliquer aussi à des moteurs établis sur d'autres cycles de fonctionnement, en donnant ci- après la description détailléedu moteur à quatre temps sut lequel le système a été plus spécialement étudié.
Dans l'exposé du présent système, en ce qui concerne la production du mélange combustible formant la charge, l'admission de ce mélange dans un moteur, la répartition pendant la compression de ce mélange com- bustible dans l'air du cylindre et l'allumage de la charge complète, on décrira les diverses phases dans leur ordre naturel ou dans l'ordre où elles se produisent dans la pratique.
La première phase concerne la production du combustible de la charge. Elle comporte la pulvérisation de n'importe quel hydrocarbure liquide ou autres oombus- tibles liquides pourainsi dire par subdivision en par- ticules si infimes et si vaporeuses que lorsqu'elles sont combinées à l'air il se forme un brouillard, un nuage qui à sa sortie du pulvérisateur reste suspendu dans l'air atmosphérique. Oe brouillard est produit/par un
<Desc/Clms Page number 7>
vaporisateur capable de diviser l'hydrocarbure liquide en particules infinitésimales et de les incorporer ensuite dans une petite masse d'air. La fig. 21 des dessins an- nexés représente un pulvérisateur de ce genre.
Ainsi qu'on le verra plus loin par la descrip- tion détaillée de ce pulvérisateur spécial, l'hydrocar- bure liquide et l'air, comprimés chacun à une pression de 10,5 legs à 28 kgs/cm2 - pressio, qui est suffisante-, se rencontrent dans la chambre de mélange (65) du pul- vérisateur, l'air affluant dans cette chambre par des ajutages tangentiels (70), Les jets d'air tangentiels ainsi créés exercent une action violente ayant pour ef- fet de subdiviser et de pulvériser l'hydrocarbure li- quide, et pour ainsi dire de suspendre dans l'air des fines particules produites.
La pression de l'air et de l'hydrocarbure liquide, comprimés chacun à 10,5 kgs, à 28 kgs par centimètre carré, le tourbillonnement de l'air, ainsi que l'admission de l'hydrocarbure et de l'air dans la chambre de mélange (65) et leur passage rapide devant le disque 66 combinent leur action pour Bruire les partioules d'hydrocarbure liquide à un état de complète pulvérisation tel qu'il se distingue seule- ment de l'état de vapeur ou vaporisé, ce dernier état ne se produisant pas avant que le mélange combustible ait été exposé à l'action de la chaleur résultant de la combustion ou celle qui précède immédiatement l'allumage.
La meilleure comparaison que l'on puisse faire de l'état de la charge combustible au moment ou elle sort du pulvé- risateur et entre dans le cylindre est qu'elle constitue un brouillard dont les constituants sont l'hydrocarbure liquide et l'air.
De brouillard étant sous la pression de la pompe à air A et de la pompe à hydrocarbure liquide B, équilibrée dans le réservoir I, fig. 1, est /refoulé
<Desc/Clms Page number 8>
sous pression du pulvérisateur 0 dans l'air du cylindre comme il est indiqué en D, soit sous la forme d'un petit nuage qui se précipite immédiatement dans l'air du cy- lindre ou. est projeté à la façon d'un jet dans l'air du cylindre,-suivant la nature de la came ou autre méca- nisme qui actionne le culbuteur E commandant l'ouverture du pulvérisateur, et suivant que celui-ci s'ougre brus- quement ou graduellement pour laisser passer le jet.
La fig. 1 représente aussi un réservoir à air
F en communication avec la conduite d'air G. Les con- duites à air G et à hydrocarbure liquide H débouchent toutes deux dans le pulvérisateur C , ainsi qu'on le voit sur le schéma de la fig ; 1.
Ceci constitue a phase de production du com- bustible sous la forme et à l'état de brouillard ainsi que la phase d'injection du mélange combustible dans l'air contenu dans le cylindre, lequel sera appelé dans la suite, l'air du cylindre.
Comme il a été dit plus haut la quantité de ce mélange combustible est faible comparativement à la quan- tité d'air du cylindre au moment de l'injection. Il est préférable d'employer un volume d'air d'injection à la pression atmosphérique variant de 14 décimètres cubes à 28 décimètres cubes pour de 2 3/4 à 8 1/2 mètres cubes d'air du cylindre à la pression atmosphérique. En d'au- tres termes, l'air d'injection sera de préférence 1/600 à 1/100 de l'air du cylindre, Ces proportions peuvent être modifiées sans s'écarter du présent système, bien qu'il soit préférable de les observer.
On voit aussi que, dans cette formule à laquelle on doit donner la préférence, la quantité d'air d'injec- tion est faible comparativement à la quantité d'hydrocar- bure liquide qu'il contient, puisque la proportion est en général de 14 à 38 décimètres cube d'air Abjection
<Desc/Clms Page number 9>
de 8 1/4 kgs par centimètre carré environ, lorsque la compression maximum à laquelle l'allumage se produit dans le moteur considéré est de 8,5 legs par centimètre carré.
Ou bien, comme il est dit dans le préambule du présent mémoire, l'injection peut avoir lieu à n'im- porte quel moment après que l'air du cylindre a commencé à affluer dans ce dernier jusqu'au moment où la oompres- sion a atteint sensiblement le degré qui produira l'al- lumage suivant le type de moteur considéré et la nature de l'hydrocarbure liquide,-
Ainsi par exemple en ce qui sonoerne le type de moteur considéré, l'injection devra se faire tôt dans le cas de moteurs à grande vitesse, de manière à laisser le temps voulu pour la préparation ou le mélange parfait du combustible injecté avec l'air du cylindre avant que le moment de l'allumage ait été atteint.
Dans le cas de moteurs à faible vitesse, l'in- jection devra être faite à un point plus avancé de la course de compression, parce que même dans ce cas, la vitesse moindre du piston donnera la même durée de pré- paration pour mélanger intimement le combustible avec l'air du cylindre avant que l'allumage n'ait lieu.
Ainsi, plus la compression d'un moteur donné est élevée, plus l'injection devra être tardive, tandis que plus la compression du moteur est faible, plus l'injeotio devra être avancée. Cette injection tardive dans les moteurs à hautes compressions évite l'allumage anticipé par la chaleur de compression, tandis que dans le cas de moteurs à basses compressions, cette injection à une période avancée du fonctionnement laisse le temps voulu pour que la charge atteigne la température d'au- to-allumage.
-
De même, dans le cas de moteurs dans lesquels
<Desc/Clms Page number 10>
de par leur construction même et leur mode de fonction- nement l'air du cylindre est plus pur et moins contaminé par la présence des gaz de la combustion, la période d'injection devra avoir lieu plus t8t dans la course de compression, de manière à laisser plus de temps pour la préparation et le chauffage convenable de la charge a- vant l'allumage, tandis que dans le cas de moteurs qui, de par leur construction et leur mode de fonctionnement, contiennent une quantité plus ou moins grande de gaz chauds de la combustion au moment de l'admission de l'air du cylindre, et dans lesquels, par conséquent, la chaleur de ces gaz se mélange à l'air du cylindre, l'injection devra avoir lieu plus tard pendant la cour- se de compression,
parce qu'une partie de la chaleur qui doit être fournie par la compression est dispersée dans la charge par ces gaz chauds.
Ainsi par exemple, dans un moteur à deux temps du type peprésenté, le moment où se fait l'injection dépend en partie de la nature et de l'état de l'hydro- carbure combustible qui doit être employé. Lorsqu'il s'agit d'hydrocarbures liquides qui exigent une période ce réchauffage plus longue, l'injection devra avoir lieu de bonne heure par rapport à la course de compression du piston, cela dans le but de laisser assez de temps pour le réchauffage ou plus exactement le chauffage de l'hydrocarbure liquide de la charge, et, en fait, de toute la charge d'air et d'hydrocarbure entre le moment où se fait l'injection et celui de la compression finale et de l'allumage.
Plus la période de temps entre l'injeo tion et l'allumage sera longue, plus l'hydrocarbure liquide aura de chance d'être complètement chauffé par la chaleur qui augmente avec la compression. Les mêmes remarques s'appliquent à un moteur à quatre temps alimentée par des hydrocarbures liquides de même qualité.
<Desc/Clms Page number 11>
Les raisons qui imposent l'injection du mélange combustible lorsque la compression est faible compara- tivement à la compression maximum du moteur sont les suivantes : a) En injectant à basse compression on peut utiliser une pression d'injection peu élevée; ainsi par exemple une pression de 5 1/4 kg par centimètre carré donnera de bons résultats pour l'injection lorsque l'air du cylindre est sous une pression de 4 1/@ kgs/om2, b) Lorsque l'élément combustible est injecté à basse compression dans le cylindre la période de temps avant l'allumage est suffisamment longue pour que le mélange combustible soit convenablement et intimement réparti dans l'air du cylindre, de façon à préparer toute la charge pour l'allumage ultérieur, cette répartition s'effectuant sans refroidir l'air du cylindre,
parce que la quantité d'air contenue dans le mélange combustible est faible. c) Dans le présent système il suffit que la pression d'injection soit sensiblement celle qui est appliquée pour pulvériser l'hydrocarbure liquide de la charge et l'amener à l'état de brouillard, augmentée de la pression qui règne dans le cylindre au moment où. se fait l'injec- tion.
Le mélange injecté devra être de nature telle que toute la charge qu'il constitue en combinaison avec l'air du cylindre s'allume par la chaleur de compression à peu près au moment où la compression du moteur a atteint son maximum, quelque bas que soit ce maximum de compression lorsque la température d'allumage est atteinte.
Ainsi par exemple, si le maximum de com- pression du moteur est 8,5 kgs par centimètre carré, la charge résultant de la distribution du mélangecombustible
<Desc/Clms Page number 12>
dans l'air du cylindre devra s'allumer d'elle-même à la température produite par cette compression de 8,5 Kg.,
La quantité d'air injecté comme élément cons- titutif de l'élément combustible ne devra pas être su- périeure à celle qui suffit pour véhiculer l'hydrocar- bure liquide pulvérisé,- c'est-à-dire pulvérisé au point que, combiné avec cet air, il produise un brouil- lard.-, et ne devra pas être assez grande pour occa- sionner le refroidissement de l'air du cylindre.
De même, la quantité d'air d'injection étant faible comparativement à la quantité d'air du cylin- dre, cela contribue à empêcher le refroidissement de l'air dans le cylindre et permet d'injecter à la basse pression indiquée mais, malgré cela, sans pro- duire d'effet de refroidissement.
Enfin on comprendra et on se rendra bien compte que le présent système s'applique aux moteurs à ex- plosions de poids et de force ordinaires et, par conséquent, de prix peu élevé et qu'il n'est pas limité en pratique aux moteurs de poids exagéré et par conséquent de prixtrès élevé, comme d'est le cas pour les moteurs Diesel, qui doivent résister aux efforts résultant des hautes pressions, ces construc- tions de poids et de prix élevés étant indispensables pour les moteurs Diesel et pour la mise à exécution du système Diesel.
On va parler maintenant de la phase de l'allu- mage ; il sera question dans ce qui suit de la mise de feu par auto-allumage parce que le présent système permet ce mode d'allumage qui est préréfable pour les moteurs à basse compression. Ici l'allumage fait suite à la période de préparation (c'est-à-dire à la période pendant laquelle l'élément combustible est réparti dans l'air contenu dans le cylindreà et a
<Desc/Clms Page number 13>
lieu avantageusement au moment de la compression ex- trème (ou à peu près à oe moment là) qui est celui ou la température d'allumage est atteinte.
Le moment de l'allumage doit être placé au point mort ou à peu près et il est réglé par le moment où se fait l'injec tion, qui précède l'instant d'allumage d'un laps de temps égal à celui de la préparation dans le cylindre moteur ou dans le cylindre du moteur qui est en fonc- tion à ce moment là. Cette description s'applique in- différemment à l'allumage par étincelle et à l'auto- allumage.
Dans le présent système, la charge n'est pas consumée avant que l'élément combustible ait été réparti dans l'air du cylindre et il se distingue de ceux dans lesquels le combustible brûle à mesure qu'il est injecté. D'autre part, il supprime l'emploi du dispositif usuel de plaques chaudes, d'ampoules chaudes et autres analogues puisque l'élément com- bustible est injecté directement dans le cylindre ou dans l'air qu'il contient.
A la mise en marche du moteur, il est néoes- saire de pulvériser d'abord le combustible, l'air con- tenu dans la partie supérieure du réservoir 41 suffit à cela. Dans la pratique, on utilisera une pression de réservoir supérieure à la compression dans le cy- lindre, oette dernière pouvant être de 8,5 kgs par centimètre carré ou à peu près.
Lorsque le moteur est froid à la mise en marohe, il est bon de faire passer le brouillard d'hydrogènecarbure liquide à travers l'étincelle pour assurer l'allumage et l'étincelle devra être produite en même temps que l'admission du combustible. Une fois le moteur mis en marche et réchauffé, l'étincelle peut avantageusement être retardée par rapport a l'admis- sion du combustible.
<Desc/Clms Page number 14>
Pour l'exécution du présent système on peut continuer la mise de feu au- moyen de l'étincelle ou bien, dès que le moteur est réchauffé, effectuer la mise de feu par la chaleur de basse pression.
Les destins annexés comportent des vues sché- matiques du procédé de fonctionnement d'un moteur à explosions qui permettront de bien comprendre l'inven- tion.
En se rapportant aux schémas des fig. 2 à 6 inclusivement, on supposera que, dans la disposition de la fig. 2 le piston a déjà accompli un cycle et est sur le point d'en commencer un autre, Le piston est sur le point de commencer la course motrice, la charge ayant déjà été admise dans le cylindre, comprimée et allumée.
Sur la fig, 3, cette course motrice est termi- née, les produits de la combustion s'échappent et une nouvelle charge afflue dans le cylindre.
Sur la fige 5 le piston a remonté de la position représentée sur la fig, 3, à la course de compression et est arrivé dans la position où la charge de l'élé- ment combustible sera effectuée - position d'injection du piston. Dans un moteur à compression maximum de 8,5 kgs/cm2, la compression peut être par exemple de 3 1/4 kgs/cm2 quand le piston se trouve dans cette position d'injection indiquée sur la fig. 5 ; à partir de cette position du piston, jusqu'à celle de la com- pression finale, ou à fin de course de compression, la charge de combustible sera répartie dans tout l'air du cylindre.
La fig. 6 montre les choses dans cet état. La compression est effectuée, l'allumage a eu lieu et
<Desc/Clms Page number 15>
le .piston est sur le point de commencer sa course mo- trice ou de quitter sa position d'allumage. Immédia- tement après, le piston commencera réellement sa cour- se motrice, les choses étant dans l'état représenté sur la fig. 2.
Tel est le fonctionnement quand le système est appliqué à un moteur à deux temps.
On va décrire maintenant le fonctionnement du système dans le cas d'un moteur à quatre temps. Sur la fig. 7 on a supposé que la course d'admission va commencer la soupape d'admission étant ouverte et l'air du cylindre affluant.
Sur la fig. 8 l'air du cylindre a été aspiré, la soupape d'admission est fermée et le'piston est surle point de commencer la course de compression.
Sur la fig. 9 le piston est arrivé à la position d'injection, c'est-à-dire celle où le combustible va être injecté et qui est indiquée sur cette figure.
Dans un moteur dont le maximum de compression est de 9 kg par centimètre carré, la compression peut être de 3,5 kgs, lorsque le piston se trouve dans cette position d'injection.
C'est à ce moment là que le mélange combustible est injecté par le pulvérisateur et, à partir de cet instant jusqu'à la fin de course de compression il est distribué dans l'air du cylindre.
La fig. 10 montre la fin de la course de com- pression et la position du piston à ltallumage à l'in- stant où il va commence! sa course motrice.
La fig, 11 montre le piston à peu près à moitié de sa course motrice descendante.
La fig, 12 montre le piston au moment où il va commencer sa course d'échappement; la soupape
<Desc/Clms Page number 16>
d'échappement étant ouverte. Il accomplira entièrement cette course et commencera de nouveau la course d'as- piration, comme le montre la fig. 7,
On comprend ainsi que, dans le cas où le pré- sent système est appliqué à un moteur à quatre temps, l'air du cylindre est aspiré à la course d'admission, l'air du cylindre est comprimé jusqu'à, un certain point entre le commencement et la fin de la course de compression du piston, le mélange combustible est injecté dans cet air, de préférence lorsque la com- pression est encore faible, ce qui laisse le temps nécessaire pour qu'il puisse y être réparti dans l'air du cylindre avant la compression finale;
l'allumage ayant lieu à fin de course de compression ou à peu près.
Bans la description donnée plus haut, pour le cas de l'application à un moteur à deux temps et à un moteur à quatre temps, on a intentionnellement omis de répéter ou d'indiquer les phases de production du mélange combustible, la nature de la charge et la manière dont elle est injectée, sous pression par exemple, parce que ces phases ont déjà été décrites à la suite de la description des figures du dessin.
Sur les fig. 13, 14 et 15, 1 désigne la base du moteur ou carter, 3 est le vilebrequin, 3 le volant et 4 l'accouplement.- 5 désigne les cylindres d'un moteur à quatre temps. Dans les osasses de ces cy- lindres sont disposées les bougies 6 et les pulvéri- sateurs 7. Les soupapes des pulvérisateurs sont actionnées par des culbuteurs 8 actionnés à leur tour par des cames 9 montées sur l'arbre à opes 10.
Ces cames sont logées dans des carters 11, fig. 13 à 15 et sont représentées en détail sur les fig. 17 et 18. Des toues dentées qui relient le vilebrequin et l'arbre à cames sont logées dans des cartes 12 et 13
<Desc/Clms Page number 17>
comme on le voit sur les fig, 19 et 20. Sur ces fi- gures 19 et 20 on a représenté pour plus de clarté les leviers 14 et 80 dans la position verticale, tandis qu'ils sont représentés dans la position horizontale sur les fig. 13 et 15.
Sur le vilebrequin est montée la roue dentée 15 qui actionne la roue dentée 16 montée elle-même sur l'arbre transversal 17, Sur oe dernier est mon- tée la roue dentée 18 qui engrène avec une roue den- tée 19 montée de façon à pouvoir coulisser sur l'arbre à oames 10 de manière que pendant qu'elle actionne l'arbre à cames, elle puisse modifier sa position sur lui dans le sens de sa longueur; le levier 14 est articulé en 21 et le levier 20 en 22; le premier sert à faire coulisser l'arbre à cames 10 longitudi- nalement dans ses supports, tandis que le second permet de faire glisser la roue dentée 19 longitudina- lement sur l'arbre à cames dans le but de changer sa position par rapport à la roue dentéel5. Morsque l'on actionne le levier 14, la position de la oame conique 9, fig, 18 et 20, est modifiée par rapport à la tige 24 du culbuteur.
Lorsque l'on déplace l'arbre à cames vers la gauche de la manière représen- tée la grande circonférence de la came vient en contact actif avec le galet du culbuteur, la soupape de ce culbuteur s'ouvre davantage et inversement. Lorsque l'on aotionne le levier 20, le rapport angulaire entre le vilebrequin et l'arbre à cames se trouve modifié.
Sur l'arbre à cames est montée la transmission de distribution 25, fig. 13 et 14, par conséquent l'actionnement du levier 20 midifie non seulement le
<Desc/Clms Page number 18>
moment où se fait l'admission du combustible dans un cylindre donné, mais aussi l'instant de mise de feu de la charge. Lorsque l'allumage se fait électriquement bien que l'on puisse prévoir un système de réglage pour faire varier l'un par rapport à l'autre les mo- ments où doivent se produire le jaillissement de l'é- tincelle et l'admission du combustible, ces actions se produisent pour ainsi dire synchroniquement.
L'hydrocarbure liquide est amené d'un réservoir par la conduite 26, il passe dans un filtre 27 et est aspiré de la conduite 26 par la pompe à hydrocar- bure 28 dont le piston peut être commandé par le doigt 30 fixé à la crosse de la pompe à air 31, la- quelle est fixée elle-même au piston 32 de la pompe et actionné par des excentriques 33 montés sur l'arbre transversal 17. La pompe qui a été représentée sur le dessin est beaucoup plus grande que cela est né- cessaire pour fournir l'air au pulvérisateur et dans le cas d'un moteur de navire, elle peut servir pour actionner les sifflets et pour d'autres usages, tandis que la partie inférieure de la pompe peut être utilisée pour l'eau, comme pompe de cale, etc..
Il a été recon- nu qu'un compresseur à air dont le cylindre a une ca- pacité cylindrique de 1/2 à 1 % du déplacement total du cylindre moteur suffit amplement pour la pulvéri- sation de l'hydrocarbure liquide ; dans d'autres moteurs du type à deux temps, le volume du compresseur est fréquemment de 10 à 15 % du déplacement du cylindre.
La pompe à hydrocarbure liquide 28 aspire celui- ci dans la conduite 40. Passant à gauche dans cette conduite, fig, 16,, l'hydrocarbure liquide entre dans
<Desc/Clms Page number 19>
le réservoir compensateur 41 par le conduit 42 en traversant la soupape de retenue 43. Lorsque le niveau de l'hydrocarbure liquide dans le réservoir 41 s'élè- ve au-dessus du niveau désiré, le flotteur 44 monte, ouvre la soupape 43 et permet à l'hydrocarbure liquide de circuler autour de la boucle formée par la pompe 28. le tube 42, la soupape 45 et le tube de communi- cation 46.
Lorsque le niveau de l'hydrocarbure des- cend dans le réservoir 41, la soupape 45 se ferme et le niveau de l'hydrocarbure est élevé par la pompe 28
47, fig. 16, désigne la pompe à air et 48 le réservoir à air qui sont mis en communication par la conduite à air 49 dont une des extrémités débouche dans le réservoir compensateur 41 en traversant la soupape de retenue 50, tandis que son autre extrémité, 51, communique avec les pulvérisateurs 7. La conduite d'hydrocarbure liquide 40 est aussi reliée aux pul- vérisateurs 7, voir fig, 13 et 14. Quelle que soit la pression à laquelle l'air arrive dans le réservoir compensateur 41, la même pression s'exerce sur la sur- face de l'hydrocarbure qui s'y trouve.
Supposant que cette pression est de 21 legs par centimètre carré, l'air sera amené aux pulvérisateurs 7 par les conduites 49 et 51 à la pression de 21 kg/om2 et l'hydrocarbure liquide sera amené aux pulvérisateurs par les condui- tes 42 et 40 à la pression de 21 kg/om2. Quelle que soit la pression de l'air, celle de l'hydrocarbure liquide sera la même.
Si la pression de l'hydrocarbure dans les conduites 40 et 48 s'élève au-dessus dela pression de l'air, cette élévation est neutralisée du fait que le niveau de l'hydrocarbure en s'élevant dans le réservoir 41 ouvre la soupape de circulation 45. la flotteur 44 s'ouvre et la communication est
<Desc/Clms Page number 20>
établie entre l'intérieur et l'extérieur par le tube
42, L'air comprimé dans le réservoir 41 afflue aussi dans le flotteur 44. Si la pression de l'air baisse, l'air contenu dans le flotteur se dilate et chasse l'hydrocarbure qui peut y avoir pénétré. CE type de flotteur bien qu'étant ouvert flotte toujours.
A la mise en marche du moteur il est nécessaire tout d'abord de pulvériser le combustible et l'air contenu dans la partie supérieure du réservoir suffit pour cela. Les soupapes de retenue 43 et 50 sont fer- mées lorsque l'on arrête le moteur, mais pour le cas où se produirait une lente fuite de fluide comprimé en un point quelconque on peut emmagasiner une provi- sion d'air comprimé dans le petit réservoir 48. Dans ce cas, l'air nécessaire à la mise en marche est pris au réservoir 48 au lieu d'être fourni par la pompe à air laquelle naturellement ne fonctionne pas. Dans la pratique, la pression dans le réservoir est un peu supérieure à celle du cylindre, laquelle peut être de 8,5 kgs/cm2 environ.
Une pression même inférieure à celle-ci suffit pour pulvériser le combustible, et, dans le cas où la réservoir d'emmagasinage 48 n'existe pas, la pression peut être rétablie sans difficulté à l'aide d'une pompe à air ordinaire pour bandages d'automobiles.
L'air et l'hydrocarbure liquide ayant été ame- née à la même pression aux pulvérisateurs, tout est prêt pour l'admission dune charge au pulvérisateur et au cylindre. Bien que l'on puisse utiliser tout bon pulvérisateur de type quelconque capable de rece- voir l'air et l'hydrocarbure liquide, d'en effectuer le mélange et de produire de la manière décrite le mélange combustible qui sera ensuite amené/et injecté @
<Desc/Clms Page number 21>
dans le cylindre moteur, on a représenté fig. 21 un pulvérisateur qui donne de bons résultats.
Le corps de ce pulvérisateur est fixé dans la culasse 60 du cy- lindre, la tige 61 du culbuteur fixée dans le levier 8 de ce dernier pousse la tige 62 qui, à son tour, fait descendre la tige 63 de la soupape qui porte à son extrémité inférieure la soupape 64 destinée à obturer l'ouverture de l'extrémité supérieure de la chambre de mélange 65, à l'autre extrémité de la- quelle se trouve la soupape 66 qui, lorsque la tige soupape 63 descend, s'ouvre pour permettre au brouil- lard d'air et d'hydrocarbure de pénétrer dans le cylindre. L'air entre dans le pulvérisateur par les conduits 67 et 68. De ce dernier il passe dans la cham- bre annulaire 69 et, de là, dans la chambre de mélange par les ajutages tangentiels 70.
L'hydrocarbure liqui- de entre dans le pulvérisateur par le conduit 71 et se rend en descendant le long de l'espace annulaire formé entre le corps du pulvérisateur et le fourreau 72 de la tige de la soupape, par le conduit 73, dans la chambre 74 formée autour de la tige de soupape et au-dessus de la soupape 61, la longueur du temps que celle-ci met à s'ouvrir et la dimension de son ou- verture déterminant la quantité d'hydrocarbure admise dans la chambre 65. Dès que l'on fait agir la pression de l'air et que les robinets 45 et 50, fig. 16, sont ouverts, l'air est comprimé dans la chambre de mélange 65 et l'hydrocarbure liquide est comprimé à la même pression dans la chambre 74 au-dessus de la soupape 64.
Lorsque la tige de soupape 63 descend, l'air circule immédiatement autour de la chambre 65, rencon- trant et divisant la pellicule l'hydrocarbure qui
<Desc/Clms Page number 22>
afflue autour de la soupape 64. Le mélange d'air et d'hydrocarbure pulvérisé pénètre alors dans le cylin- dre par la soupape 66 qui maintenant est ouverteq. Cette soupape est de forme annulaire ; est pourvue d'une nervure 75 qui dirige la pellicule d'hydrocarbure pul- vérisé sortant de la soupape.
Lorsqu'on fait remonter le culbuteur 61, la tige de soupape 63 est rappelée dans sa position de fermeture par l'action qu'exerce la pression de l'air dans la chambre 77 sur la face inférieure du diaphragme 76 lequel est du type à dis- que nervuré, qui est retenu dans la tête du pulvérisa- teur et dont le bord est pris en dessous du chapeau de façon 4 empêcher l'air de s'échapper de la chambre
77 sauf en passant par la soupape 66. On obtient ainsi un produit ou brouillard d'hydrocarbure et d'air @ très finement divisé. Pour opérer la mise en marche après un arrêt de grande durée et quand le cylindre est pour ainsi dire froid-, il faut enflammer le brouillard combustible par un moyen extérieur quelcon- que. On emploiera dans ce but l'étincelle électrique.
Pour assurer l'allumage, il est bon que le brouil- lard qui sort par la soupape 66 soit envoyé à travers le pont d'allumage.
Dans certains moteurs, qui ne sont pas ceux du présent système, la pression employée est de 36 Kgs /cm2 et il faut 24,5 kgs/cm2 pour la mise de feu à la charge. L'excédent de compression est nécessaire pour compenser l'effet de refroidissement d'un excé- dent d'air d'injection. Suivant le présent procédé, la pression est de 8,5 kgs environ par centimètre carré et le succès obtenu pour la mise de feu de la charge par la chaleur de cette basse compression doit
<Desc/Clms Page number 23>
être attribué en pattie à l'observation d'une propor- tion convenable entre l'air de pulvérisation et l'hy- drocarbure liquide à pulvériser et en partie à l'éli- mination pour ainsi dire complète de tout effet de refroidissement dû à la dilatation de l'air d'injec- tion dans le cylindre,
On va décrire maintenant la mise en marche d'un moteur équipé, suivant le présent procédé. Ces moteurs au repos à l'état froid sont mis en marche en injec- tant une charge de mélange combustible dans un cylin- dre dont le piston correspondant se trouve en un point quelconque de sa course motrice et en allumant cette charge par une étincelle électrique. La combustion qui en résulte produit dans le cylindre une pression suffisante pour mettre le moteur en marche; dans ces conditions, il n'est pas nécessaire que l'air du cylindre soit à une pression supérieure à la pression atmosphérique ; il en est généralement ainsi.
Les moteurs donnant une ou plusieurs impulsions motrices équidistantes par tour ent toujours un piston à un point quelconque de la course motrice et une impulsion dirigée contre lui sera efficace pour la mise en marche du moteur. Il suffit alors de prévoir des dispositions convenables pour accomplir les phases de l'injection et de l'allumage du com- bustible dans le cylindre, ces dispositions comportant une grande amplitude de réglage du point d'injection simultanée et de production de l'étincelle en avance et en retard sur le point mort supérieur* Cela est effectué dans le moteur représenté par le levier 20, la quantité de combustible injectée étant réglée par le levier 14.
<Desc/Clms Page number 24>
Considérant par exemple un moteur de type con- ventionnel à deux temps et à quatre cylindres, tel que celui qui est représenté sur la fig. 22, ce moteur donnera quatre impulsions équidistantes par tour.
Les quatre manetons seront à 90 l'un de l'autre et l'un d'eux se trouve toujours à un point quelconque du premier secteur du cercle. Cela étant supposé que la rotation se fait dans le sens des aiguilles d'une montre.
Lorsqu'un moteur tourne avec un retard de 10 degrés, l'étincelle et l'allumage de la charge se pro- duisent lorsque les manetons ont dépassé de 10 degrés le point mort supérieur, ce qui correspond, dans le moteur décrit, à un réglage de l'arbre à cames avec 10 degrés de retard. Par conséquent, si le moteur était au repos avec un maneton sur la position 10 et si l'on amène l'arbre à cames (commandé par le levier 20) à la main à la position de 10 de retard, il se produi- rait une injection et une étincelle dans ce cylindre, le moteur serait mis en marche, comme on l'a vu plus haut.
De même lorsque le moteur marche à 30 de re- tards, l'injection, la production de l'étincelle et l'allumage se produiront quand les manetons auront dépassé de 30 degrés le point mort supérieur corres- pondant à une mise en position de l'arbre à cames à 30 degrés de retard et s'il arrivait que l'un des manetons soit sur la position de q30 , la rotation de l'arbre à cames pour venir dans la position de 30 de retard provoquerait l'injection et l'allumage du mélange combustible dans ce cylindre, ainsi/que la mise en marche du moteur.
<Desc/Clms Page number 25>
Cela serait exact si le moteur s'arrêtait avec un maneton à 10 , 30 , 45 et même 100 auèdelà du point mort supérieur ou dans une position intermédiai- re quelconque. Par conséquent, lorsque l'on veut met- tre le moteur en marche, comme il a été dit, suivant le procédé qui fait l'objet de l'invention, on place d'abord l'arbre à cames sur 100 de retard, le levier 14 étant dans la position d'inaction ou de fermeture.
Dans ce cas, après avoir amené le levier 14 sur la position de fonctionnement ou d'ouverture,- le commu- tateur de l'étincelle étant fermé,- si l'on fait avancer la came sans interruption vers le point de retard zéro, l'injection et l'allumage de la charge auront lieu dans le cylindre dont le maneton se trouve- ra en un point quelconque entre la position 100 et le point mort supérieur.
Lorsque le moteur doit marcher en sens contraire, c'est-à-dire dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, les faits qui viennent d'être indiqués se produiront dans le quatrième sec- teur du cercle de la manivelle au lieu du premier et, pour mettre le moteur en marche dans ce sens là, il faudrait que l'arbre à oamesfût placé à 100' de retard pour ce sens de rotation là sous l'angle de 260 du cercle du vilebrequin, puis être amené en le déplaçant de 270, 300, 330 sur la position de 360 ou de zéro; cela provoquera l'injection et l'allu- mage du mélange combustible dans le cylindre dont le maneton se trouve entre 260 et le point mort supérieur; le moteur se mettra en marche dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre.
Lorsque le présent système est appliqué à un
<Desc/Clms Page number 26>
moteur réversible à deux temps et quatre cylindres, il faudra par conséquent qu'il ait un arbre à cames qui puisse tourner de 200 par rapport au vilebrequin :
100 d'avance et 100 ' de retard.
Pour opérer la mise en marche du moteur repré- senté, en place d'abord l'arbre à cames dans la posi- tion de.. 100* de retard pour le sens de rotation voulu.
On amène ensuite le levier 14 dans la position d'ou- verture (position indiquée en traits pleins sur la fig, 22) et on ferme le circuit de l'étincelle. On ramène l'arbre à cames dans la position médiane puis, quand le moteur est en route, dans la position de marche. Une fois que le moteur a ainsi été mis en marche, par l'étincelle, -et s'est "réchauffe" on peut mettre l'étincelle hors circuit puisque l'allu- mage aura lieu maintenant par la chaleur de compression grâce à la grande inflammabilité de cette charge.
Tel est le principe impliqué dans la mise en marche et le fonctionnement d'un moteur employé pour la réalisation de l'invention. Mais pour simplifier et permettre de mieux faire comprendre la mise en marche, le fonctionnement et l'arrêt d'un moteur, on se reportera maintenant aux fige 22 et 23 des dessins ci-annexés, Supposant que le moteur doive être mis en marche lorsqu'il est froid; on s'assure d'abord que le levier 14 se trouve dans la position indiquée en traits pointillés ou position de fermeture, fig, 23, qui est celle du moteur au repos; cela amènera les organes de commande des cames 9 montées sur l'arbre à cames 10 sur un des cotés des tiges 24 du culbuteur.
On amènera ensuite le levier de réglage 20 de la posi- tion en traites pleins à la position en traits ponctués,
<Desc/Clms Page number 27>
fig, 23, ce mouvement étant suffisant pour faire tourner l'arbre à cames 100 , en faisant ainsi prendre du retard aux cames et en retardant par conséquent le moment de l'injection et de la production de l'étincel- le par rapport au point mort supérieur des pistons.
On amènera ensuite le levier d'étranglement 14 à la position indiquée en traits pleins sur la fig. 23.
Ce mouvement provoquera le rappel des organes de com- mande des cames 9 à leur position primitive,ndahs le prolongement des tiges 24 des culbuteurs. On ramènera alors le levier de réglage 20 dans la position indiquée en traits pleins, ce mouvement ayant pour résultat d'amener les organes de commande de l'une des cames en contact avec le galet de la tige 24 du culbuteur correspondant, par suite de faire remonter la tige, d'ouvrir le pulvérisateur par l'actionnement du culbu- teur 8 et de faire pénétrer une charge du combustible dans le cylindre. Dans l'exemple représenté, il se trouve que l'injection aura lieu dans le cylindre n 1, comme le montre la fig. 22.
Dans l'exemple dont il est actuellement question, le maneton du cylindre n I est en dehors du point mort et son piston occupe la position voulue pour accomplir une course motrice dans le sens des aiguilles d'une montre, faisant face à l'extrémité antérieure dans la disposition de la fig. 22, la charge quittant alors ce pulvérisateur pénètre dans ce cylin- dre et s'enflamme. Cela suffira ici parce que, le mouvement du levier de réglage 20, comme il est dit plus haut, a aussi amené la régulateur 25 dans la po- sition ou il ferme le circuit du cylindre n 1.
Par conséquent par la simple manoeuvre ci-dessus
<Desc/Clms Page number 28>
indiquée du levier d'étranglement 14 et du levier de réglage 20, la charge sera admise dans le cylindre n 1 et enflammée, .le piston di ce cylindre accomplira une course motrice et produira ainsi la mise en mar- che du moteur. Les autres cylindres et leurs postons accomplissent des courses motrices en succession rapide; dans l'exemple considéré, le cylindre (et le piston) qui fonctionnera maintenant de la manière indiquée sera le n III parce que la came et la ti- ge de culbuteur qui entrereont en fonction immédia- tement après dans cet exemple, sont la came et la tige de culbuteur qui appartiennent au cylindre
N III.
On remarquera aussi que la bielle et le piston de ce cylindre, lorsque cette came et ce galet se ren- contrent, ont quitté le point mort, de sorte que l'arbre tournera de nouveau dans le sens des ai- guilles d'une montre.
Une fois le moteur mis en marche de la manière qui vient d'être indiquée, l'allumage se continue par l'étincelle jusqu'au moment où l'opérateur ouvre le circuit de l'étincelle, d'une manière convention- nelle quelconque après quoi il se fera par auto- allumage. Si le moteur est froid au moment où il est ainsi mis en marche, l'opérateur attendra jusqu'à ce qu'il soit réchauffé avant de passer à l'auto- allumage. Mais si le moteur a fonctionné et est ce que lion peut appeler très chaud au moment de la nouvelle mise en marche, le passage de l'allumage par étincelle à l'auto-allumage peut être opéré pour ainsi dire immédiatement.
On comprend naturellement qu'une fois que la position des pièces du moteur a été réglée de la manière indiquée, le moteur est mis en marche suivant
<Desc/Clms Page number 29>
les phases du système qui comportent, en ce qui con- cerne le cylindre et le piston ainsi actionnés en premier : la production du combustible, l'injection du mélange combustible et l'allumage par l'étincelle électrique, sans tenir compte des phases de compres- sion et de distribution du combustible;
mais que, en ce qui concerne les autres cylindres et pistons, le système est appliqué dans toute so étendue c'est-à-dire la phase de production des charges de combustible fournies par l'agent de pulvérisation, la phase d'injection à basse pression, la phase de distribution du combustible et celle de l'allumage, soit d'abord par l'étincelle et ensuite par auto- allumage, ou toujours par l'étincelle si on le dé- sire, le tout s'effettuant dans l'ordre indiqué.
Bien qu'au point de vue thermique il soit avantageux d'avoir une compression élevée, il n'en résulte pas toujours une économie réelle. Suivant l'invention il suffit que la compression soit assez élevée pour produire la mise à feu du combustible liquide mélangé intimement à un volume suffisant d'air comprimé. Le volume de cet air d'injection est si fai- ble que l'effet de refroidissement résultant de sa dilatationdans le cylindre est négligeable, par con- séquent une compression élevée destinée surmonter les effets de refroidissement est inutile. Le volume. d'air utilisé pour la pulvérisation est aussi proportion né à celui de l'hydrocarbure à pulvériser, ainsi qu'il a été dit plus haut.
La charge de mélange combustible admise dans le cylindre est pratiquement de qualité uniforme et la quantité de cette charge admise est réglée dans le moteur représenté par le levier d'é- tranglement 14. La pression de l'air nécessaire à la
<Desc/Clms Page number 30>
pulvérisation peut être de 4 1/4 kgs, seulement par centimètre carré ou même $être inférieure, mais pour le fonctionnement, et surtout lorsque la mise de feu est effectuée par la chaleur de compression, on a re- cours, pour la pulvérisation à une pression d'air un peu plus élevée que celle de la compression qui peut être 8,5 kgs environ par centimètre carré.
Il va sans dire que quand la mise de feu est effectuée par la compression, il faut que la pression de pulvérisation dépasse la pression de oompression, sans quoi la charge ne pourrait pas être introduite.
L'hydrocarbure est pulvérisé à mesure qu'il pénètre dans la chambre de mélange du pulvérisateur par les jets d'air comprimé qui arrivent dans la chambre de mélange par les ajutages tangentiels 70, l'hydrocaroure liquide et l'air intimement mélangés pendant qu'ils tournent et traverses la chambre de mélange, tandis que le mélange combustible se détend à une pression inférieure à la pression d'admission de l'hydrogèrbure et de l'air dans la chambre de mé- lange et il s'ensuit que la vitesse du mélange va- porisé qui passe du pulvérisateur dans la chambre de combustion est réduite, ce qui lui permet de brûler plus près du vaporisateur et avant qu'il puisse venir en contact avec les surfaces du cylindre. Il a été question plus haut de la pression de pulvérisation et l'on doit comprendre aussi sous ce terme la pression d'injection.
Comme il a été dit déjà, la description ci- dessus d'un type de moteur auquel l'invention peut être appliquée à été donnée dans le présentMémoire
<Desc/Clms Page number 31>
et oe moteur a été représenté sur les dessins y an- nexés en vue de faciliter l'intelligence du procédé lui-même et permettre de l'apprécier, mais il doit être bien entendu que ce procédé de fonctionnement convient également en pratique pour tous les types de moteurs à explosion connus.
Bien qu'il soit préférable d'employer l'air atmosphérique pour l'un des constituants du mélange combustible, il est évident que l'on peut employer, au lieu d'air, tous gaz dont on dispose et, par exem- ple les gaz provenant de la combustion et de l'explo- sion des charges combustibles dans les cylindres des moteurs,
On conçoit que dans son ensemble le présent procédé comprend la compression de l'air dans le cylindre jusqu'à un point déterminé, ensuite l'in- jection du mélange combustible obtenu, une nouvelle compression puis, lorsque le maximum se compression et de température sont atteints, uhe première mise de feu de la charge, par des moyens autres que l'au- to-allumage, suivie de l'auto-allumage,
On comprend que lorsqu'il est dit au cours du présent mémoire que la quantité d'air employée est inférieure à celle de l'hydrocarbure dans le brouil- lard,
cela a trait aux quantités relatives déterminées en poids; ainsi par exemple si l'on prend 28 décimètres cubes d'air par freinage d'un cheval-vapeur (ce qui est un chiffre relativement élevé et 0,25 kgs d'hy- drocarbure liquide pour un effort de freinage d'un cheval-vapeur-heure (ce qui est à peu près la quantité employée), le poids de cette quantité d'air sera
<Desc/Clms Page number 32>
environ 0.035 kg pour un effort de freinage d'un che- val-vapeur-heure. Cela en supposait qu'on dispose d'air libre à la température de 20 C. environ.
Il est en outre évident que cette indi- cation d'une quantité d'air inférieure à la quantité d'hydrocarbure contenue dans le brouillard tient compte aussi de l'état dans lequel la quantité d'air et la quantité d'hydrocarbure (déterminée en poids) se rapproche du point d'uniformité des quantités re- latives, pour passer de là par des degrés où. la quanti- té d'air contenue dans le brouillard est certainement inférieure à celle de l'hydrocarbure liquide. Ainsi, par exemple, on peut employer 1/4'kg d'hydrocarbure et 83 décimètres cubes d'air contenue dans le brouil- lard est certainement inférieure à celle de l'hy- drocarbure liquide.
Ainsi, par exemple,, on peut em- ployer 1/4 Kg d'hydrocarbure et 23 décimètres cubes d'air environ, ce qui constitue approximativement le rapport prévu enre les quantités de ces éléments composant l@ cumbustion d'injection.
Le terme "étincelle" ou "étincelle électrique" employé dans la description qui précède comprend tout système d'allumage autre que l'auto-allumage.
Il a été dit que l'allumage est effectué à des degrés inférieurs de la compression maximum. On doit entendre par cela que l'allumage peut être fait et qu'il se fait par la chaleur de compression obtenue dans des moteurs à compression maximum peu élevée, par exemple ne dépassant pas 17 kgs et descendant jusqu'à 8 kgs environ par centimètre carré. Cette faculté de produire l'allumage au moyen de la chaleur obte- nue par une compression maximum aussi faible résulte
<Desc/Clms Page number 33>
de la présente invention et dépend largement de la nature et de la qualité du mélange combustible ci- dessus décrit. Les inventeurs pensent qu'ils sont les premiers qui aient été capables d'obtenir l'auto- allumage à des compressions maximum aussi faibles.
Ils peuvent toutefois obtenir l'auto-allumage à tous les degrés élevés de compression maximum exis- tant dans les moteurs à haute compression, tels que ceux dans lesquels le minimum de compression est de 17 kgs/cm2.
On remarquera aussi que bien qu'il ait été fait usage des expressions "moteurs à explosions" ou "moteurs à explosions à combustion interné", l'invention s'applique aussi aux moteurs à combustion interne.
<Desc / Clms Page number 1>
"Improvements in the production of a fuel by means of petroleum or liquid hydrocarbons and its introduction into explosion engines." -
EMI1.1
--. ---- .---------- ¯ ------ Company called: "The Marion Steam Shovel Company" in Marion
Marion County Ohio State
EMI1.2
Etate-t'tni s-d t dmér 3que.
-------------------------
EMI1.3
-------------, .------
The invention relates to an improved method of producing a charge of fuel and to a system for introducing this charge into an explosion engine for the creation of motive force by means of liquid oils or hydrocarbons. preferably low quality liquid hydrocarbons. -
This method comprises a phase of producing the fuel element of the feed which consists in reducing this liquid hydrocarbon, by spraying, to the state of a mist, when it is mixed with a quantity of air less than the quantity of liquid hydrocarbon retained in the mist, determined
<Desc / Clms Page number 2>
by the weight of air and liquid hydroabure;
a phase of introducing or injecting a charge of this mist. of hydrocarbon and air in the cylinder of an internal combustion engine, in a reduced quantity compared to the quantity of pure air sucked into the cylinder in order to constitute the complete explosive charge;
a phase in which the injection of said combustible mixture into the cylinder is carried out under pressure, preferably when the compression in the air cylinder is low, for example only reaches 40% of its final degree of compression, although the injection can be carried out at any time after the air has been admitted to the cylinder until the period when the compression has approximately reached the degree to which ignition occurs, depending on the nature of the engine and the nature of the fuel hydrocarbon (as will be seen later; a phase of fuel distribution through the air in the cylinder, during the compression period, between injection and ignition;
the ignition phase carried out at the beginning by means other than self-ignition and then by self-ignition resulting from the final compression, -} the ignition being able to be continued in another way, by spark for example, although it is preferable to continue it by self-ignition.
These are the main phases of the process which is the subject of the present invention, which has given very significant and unusual results for the use.
EMI2.1
lization of liquid hydrocarbons of inferior price and quality for the production, when combined with air, of an economical explosive fuel
<Desc / Clms Page number 3>
and high power for internal combustion engines.
Some of the advantages which result from the application of the present invention will be indicated: a) the present system can be implemented successfully in all types of explosion engines whatever they may be; it is particularly suitable for the operation of relatively light engines at low pressure, owing to its adaptability to lower compression; - b) The ability to successfully use fuel materials of different kinds from gasoline to to and including extreme crude oils, as well as alcohol or other liquid fuels; this use of crude oils being especially considered to constitute the combustible mixture;
o) The ability to start and operate without interruption, with virtually all fuels, an explosion engine of any given type with initial ignition, for example by an electric spark, followed by Auto-ignition application only. These fuels: gasoline, kerosene and heavy hydrocarbons which can be interchanged in the present system without requiring modifications in the practical execution of the present process, or only with slight modifications which are completely within its limits; d) The ability to start a cold engine without having to use a starter; the ignition being effected in this case first by means of the spark and then by the heat of compression;
e) The elimination of carburettors.
<Desc / Clms Page number 4>
The accompanying drawings show, by way of example, an explosion engine the starting and operation of which can be carried out in accordance with the invention, as well as a spray device for dividing the liquid hydrocarbon and mix it with air to form the combustible mist. fig. 1 of these drawings is the sohaemati- qye view of an explosive engine, - a two-stroke engine has been chosen to simplify the description -, with the liquid hydrocarbon pump, the air pump, the fuel tank. air storage and piping.
Fig. 2 is a vertical section of a two-stroke engine, shown schematically, fitted with a spark plug and a hydrocarbon sprayer of the present system.
Fig. 3 is a similar view which shows the piston as it begins its compression stroke.
Fig. 4 is a section taken along line 4-4 of FIG. 3, looking in the direction of the arrows; we see the piston in plan and the baffle in section.
Fig. 5 is a view similar to that of FIG. 3 showing the piston at a point in its stroke where. the compression is about 3 1/4 kgs / cm2, in an engine whose maximum compression is supported be about 8.5 kgs cm2.
Fig. 6 is another similar view in which the piston is shown at the compression point of 8.5 kgs cm2 for ignition.
Fig. 7 shows in vertical section a cylinder with the cylinder head, the ports and the intake and exhaust valves, we see there, the piston starting its downward or suction stroke; the engine shown is a four-stroke type engine. /
<Desc / Clms Page number 5>
Fig. 8 is a similar view showing the piston at the start of the asoendante or compression stroke.
Ka fig. 9 is a similar view, the piston having reached a point in its compression stroke, where the compression is partial, that is to say about 3 1/4 kgs / cm2.
Fig. 10 is a view similar to this figure, the piston has completed its compression stroke, ignition has taken place and the piston begins its downward or driving stroke.
Fig. 11 is a similar view, the piston being half the driving stroke.
Fig. 12 is still a similar view, the piston beginning its upward or exhaust stroke.
Fig. 13 is a plan view of an engine of the present system, FIG. 14 is its lateral elevation; fig. 15 is the end view; fig. 16 shows the fuel pressure adjustment device and FIGS. 17 and 18 show in end view and side elevation, respectively, the control cam of the fuel sprayer valve.
The pins 19 and 20 represent respectively an end view and a side view of the transmission used to operate the selection of the cylinder and the admission of the fuel charge.
Fig, 21 is a vertical section of the fuel sprayer.
Fig. 21a shows, partly in section and partly in elevation, a position of the sprayer.
Fig. 22 is the side view of the motor shown as a whole in FIGS. 13, 14 and 15, part of the cylinders being removed or torn off to show the relative position of the pistons; in these figures the parts are assumed to be in the desired position for the admission of a charge into cylinder 1 and for
<Desc / Clms Page number 6>
the ignition of this charge by the spark.
The freeze is the plan view of the crankshaft and camshaft with their transmission as well as the choke lever 14 and the adjustment lever 20.
Fig 24 is a vertical section taken along line 24-24 of fig. 22 showing one of the pistons and sleeves in the driving stroke position,
The present system will first be described in its application to a two-stroke engine of the type shown in FIGS. 2 to 6 inclusive, and then its application to a four-stroke engine of the type shown in figs. 7 to 12 inclusive, it being understood that it can also be applied to engines established on other operating cycles, giving hereinafter the detailed description of the four-stroke engine on which the system has been more specially studied. .
In the discussion of the present system, with regard to the production of the combustible mixture forming the charge, the admission of this mixture into an engine, the distribution during the compression of this combustible mixture in the air of the cylinder and the Upon ignition of the full charge, the various phases will be described in their natural order or in the order in which they occur in practice.
The first phase concerns the production of fuel for the load. It involves the spraying of any liquid hydrocarbon or other liquid fuel, so to say by subdivision into particles so tiny and so vaporous that when they are combined with the air a mist forms, a cloud which at its output from the sprayer remains suspended in atmospheric air. Oe fog is produced / by a
<Desc / Clms Page number 7>
vaporizer capable of dividing liquid hydrocarbon into infinitesimal particles and then incorporating them into a small mass of air. Fig. 21 of the accompanying drawings shows such a sprayer.
As will be seen later by the detailed descrip- tion of this special sprayer, liquid hydrocarbon and air, each compressed to a pressure of 10.5 legs at 28 kgs / cm2 - pressio, which is sufficient-, meet in the mixing chamber (65) of the sprayer, the air flowing into this chamber through tangential nozzles (70), The tangential air jets thus created exert a violent action having the effect of to subdivide and pulverize the liquid hydrocarbon, and so to speak to suspend in the air the fine particles produced.
The pressure of the air and the liquid hydrocarbon, each compressed to 10.5 kgs, to 28 kgs per square centimeter, the swirling of the air, as well as the admission of the hydrocarbon and the air into the mixing chamber (65) and their rapid passage past the disc 66 combine their action to smash the particles of liquid hydrocarbon to a state of complete pulverization such as to be distinguished only from the state of vapor or vaporized, the latter state not occurring before the combustible mixture has been exposed to the action of heat resulting from combustion or that immediately preceding ignition.
The best comparison that can be made of the state of the fuel charge as it exits the sprayer and enters the cylinder is that it constitutes a mist, the constituents of which are liquid hydrocarbon and air. .
With the mist under the pressure of the air pump A and the liquid hydrocarbon pump B, balanced in the tank I, fig. 1, is / repressed
<Desc / Clms Page number 8>
under pressure from the sprayer 0 in the air of the cylinder as indicated in D, either in the form of a small cloud which precipitates immediately in the air of the cylinder or. is projected in the manner of a jet in the air of the cylinder, -depending on the nature of the cam or other mechanism which actuates the rocker arm E controlling the opening of the sprayer, and depending on whether the latter is abruptly broken down - cally or gradually to let the jet pass.
Fig. 1 also represents an air tank
F in communication with the air duct G. The air G and liquid hydrocarbon H ducts both open into the sprayer C, as can be seen in the diagram of FIG. 1.
This constitutes the phase of production of the fuel in the form and in the mist state as well as the phase of injection of the fuel mixture into the air contained in the cylinder, which will be called in the following, the air from the cylinder. cylinder.
As stated above, the quantity of this combustible mixture is small compared to the quantity of air in the cylinder at the time of injection. It is preferable to use a volume of injection air at atmospheric pressure varying from 14 cubic decimeters to 28 cubic decimeters for 2 3/4 to 8 1/2 cubic meters of cylinder air at atmospheric pressure. In other words, the injection air will preferably be 1/600 to 1/100 of the cylinder air. These proportions can be varied without departing from the present system, although it is preferable to observe them.
It can also be seen that, in this formula to which preference must be given, the quantity of injection air is small compared to the quantity of liquid hydrocarbon which it contains, since the proportion is generally 14 to 38 cubic decimeters of Abjection air
<Desc / Clms Page number 9>
of about 8 1/4 kgs per square centimeter, when the maximum compression at which ignition occurs in the considered engine is 8.5 legs per square centimeter.
Or, as stated in the preamble to this specification, the injection can take place at any time after air from the cylinder has started to flow into the cylinder until the moment when the oompres- tion has substantially reached the degree which will produce ignition according to the type of engine considered and the nature of the liquid hydrocarbon, -
Thus, for example, with regard to the type of engine considered, the injection must be done early in the case of high-speed engines, so as to leave the required time for the preparation or the perfect mixture of the injected fuel with the air. cylinder before ignition time has been reached.
In the case of low speed engines, the injection will have to be made at a more advanced point of the compression stroke, because even in this case the lower piston speed will give the same preparation time for mixing. the fuel intimately with the air in the cylinder before ignition takes place.
Thus, the higher the compression of a given engine, the later the injection must be, while the lower the engine compression, the more advanced the injection must be. This late injection in high-compression engines avoids early ignition by the heat of compression, while in the case of low-compression engines, this injection at an advanced period of operation allows sufficient time for the load to reach temperature. self-ignition.
-
Likewise, in the case of engines in which
<Desc / Clms Page number 10>
by their very construction and their mode of operation, the air in the cylinder is purer and less contaminated by the presence of combustion gases, the injection period must take place earlier in the compression stroke, so to allow more time for the preparation and proper heating of the charge before ignition, while in the case of engines which, by their construction and mode of operation, contain a greater or less quantity of gas combustion at the time of the intake of air from the cylinder, and in which, therefore, the heat of these gases mixes with the air of the cylinder, the injection will have to take place later during the compression,
because part of the heat which must be supplied by the compression is dispersed in the charge by these hot gases.
Thus, for example, in a two-stroke engine of the type shown, the moment when the injection takes place depends in part on the nature and the state of the fuel hydrocarbon which is to be used. In the case of liquid hydrocarbons which require a longer reheating period, the injection should take place early in relation to the piston compression stroke, in order to leave enough time for reheating. or more exactly the heating of the liquid hydrocarbon of the charge, and, in fact, of all the air and hydrocarbon charge between the moment when the injection takes place and that of the final compression and ignition .
The longer the period of time between injection and ignition, the more likely the liquid hydrocarbon will be completely heated by the heat which increases with compression. The same remarks apply to a four-stroke engine powered by liquid hydrocarbons of the same quality.
<Desc / Clms Page number 11>
The reasons which require the injection of the fuel mixture when the compression is low compared to the maximum compression of the engine are the following: a) By injecting at low compression, a low injection pressure can be used; thus for example a pressure of 5 1/4 kg per square centimeter will give good results for the injection when the air of the cylinder is under a pressure of 4 1 / @ kgs / om2, b) When the fuel element is injected at low compression in the cylinder the period of time before ignition is long enough for the fuel mixture to be properly and intimately distributed in the air in the cylinder, so as to prepare all the charge for subsequent ignition, this distribution s 'carrying out without cooling the air in the cylinder,
because the quantity of air contained in the combustible mixture is small. c) In the present system, it suffices that the injection pressure is substantially that which is applied to spray the liquid hydrocarbon of the charge and bring it to the state of fog, increased by the pressure which prevails in the cylinder at moment when. the injection is made.
The mixture injected must be of such a nature that all the charge which it constitutes in combination with the air in the cylinder is ignited by the heat of compression at about the moment when the compression of the engine has reached its maximum, however low. or this maximum compression when the ignition temperature is reached.
So for example, if the maximum engine compression is 8.5 kgs per square centimeter, the load resulting from the distribution of the fuel mixture
<Desc / Clms Page number 12>
in the air of the cylinder will have to ignite of itself at the temperature produced by this compression of 8.5 Kg.,
The quantity of air injected as a constituent element of the fuel element must not be greater than that which is sufficient to convey the atomized liquid hydrocarbon, - that is to say atomized to the point that, combined with this air, it produces a mist, and should not be large enough to cause cooling of the air in the cylinder.
Likewise, the quantity of injection air being small compared to the quantity of air in the cylinder, this helps to prevent cooling of the air in the cylinder and allows injection at the indicated low pressure but, despite this, without producing a cooling effect.
Finally, it will be understood and will be fully appreciated that the present system applies to explosion motors of ordinary weight and force and, consequently, of low price and that it is not limited in practice to motors. exaggerated weight and therefore very high price, as is the case for diesel engines, which must withstand the stresses resulting from high pressures, these constructions of high weight and price being essential for diesel engines and for the implementation of the Diesel system.
We will now talk about the ignition phase; firing by auto-ignition will be discussed in what follows because the present system allows this ignition mode which is preferable for low compression engines. Here the ignition follows the preparation period (i.e. the period during which the fuel element is distributed in the air contained in the cylinder à and a
<Desc / Clms Page number 13>
advantageously takes place at the time of extreme compression (or approximately at this time) which is when the ignition temperature is reached.
The moment of ignition must be placed at or near neutral and it is regulated by the moment when the injection is made, which precedes the moment of ignition by a lapse of time equal to that of the ignition. preparation in the engine cylinder or in the engine cylinder which is in operation at the time. This description applies equally to spark ignition and self-ignition.
In the present system, the charge is not consumed until the fuel element has been distributed through the air of the cylinder and is distinguished from those in which fuel burns as it is injected. On the other hand, it eliminates the use of the usual device of hot plates, hot bulbs and the like since the fuel element is injected directly into the cylinder or into the air which it contains.
When starting the engine, it is necessary to spray the fuel first; the air contained in the upper part of the tank 41 is sufficient for this. In practice, a reservoir pressure greater than the compression in the cylinder will be used, the latter possibly being 8.5 kgs per square centimeter or so.
When the engine is cold when started, it is a good idea to pass the liquid hydrogen carbonate mist through the spark to ensure ignition and the spark should be produced at the same time as the fuel intake. Once the engine has been started and warmed up, the spark can advantageously be delayed relative to the admission of fuel.
<Desc / Clms Page number 14>
For the execution of the present system it is possible to continue firing by means of the spark or else, as soon as the engine is warmed up, to carry out firing by low pressure heat.
The appended destinies include schematic views of the operating method of an explosion engine which will make it possible to fully understand the invention.
Referring to the diagrams of fig. 2 to 6 inclusive, it will be assumed that, in the arrangement of FIG. 2 the piston has already completed one cycle and is about to start another, The piston is about to start the driving stroke, the charge having already been admitted into the cylinder, compressed and ignited.
In FIG. 3, this driving stroke is finished, the products of combustion escape and a new charge flows into the cylinder.
On pin 5 the piston has risen from the position shown in fig, 3, to the compression stroke and has arrived in the position where the fuel element will be charged - piston injection position. In an engine with maximum compression of 8.5 kgs / cm2, the compression can be for example 3 1/4 kgs / cm2 when the piston is in this injection position indicated in fig. 5; From this position of the piston, to that of final compression, or at the end of the compression stroke, the fuel charge will be distributed throughout the air in the cylinder.
Fig. 6 shows things in this state. Compression is performed, ignition has taken place and
<Desc / Clms Page number 15>
the piston is about to start its driving stroke or to leave its ignition position. Immediately thereafter, the piston will actually start its motive stroke, things being in the state shown in fig. 2.
This is how it works when the system is applied to a two-stroke engine.
The operation of the system will now be described in the case of a four-stroke engine. In fig. 7 It has been assumed that the intake stroke will start with the intake valve open and air from the cylinder flowing in.
In fig. 8 air from the cylinder has been drawn in, the inlet valve is closed and the piston is about to start the compression stroke.
In fig. 9 the piston has reached the injection position, that is to say the one where the fuel will be injected and which is indicated in this figure.
In an engine whose maximum compression is 9 kg per square centimeter, the compression can be 3.5 kgs, when the piston is in this injection position.
It is at this moment that the combustible mixture is injected by the sprayer and, from this moment until the end of the compression stroke, it is distributed in the air of the cylinder.
Fig. 10 shows the end of the compression stroke and the position of the ignition piston at the instant it starts! its driving stroke.
Fig. 11 shows the piston at approximately half of its downward driving stroke.
Fig, 12 shows the piston at the moment when it will start its exhaust stroke; the valve
<Desc / Clms Page number 16>
exhaust being opened. It will complete this stroke completely and start the suction stroke again, as shown in fig. 7,
It will thus be understood that, in the case where the present system is applied to a four-stroke engine, the air of the cylinder is sucked in at the intake stroke, the air of the cylinder is compressed up to a certain point between the beginning and the end of the compression stroke of the piston, the combustible mixture is injected into this air, preferably when the compression is still low, which leaves the necessary time so that it can be distributed there in cylinder air before final compression;
the ignition taking place at the end of the compression stroke or so.
In the description given above, for the case of the application to a two-stroke engine and to a four-stroke engine, it was intentionally omitted to repeat or indicate the phases of production of the fuel mixture, the nature of the load and the way in which it is injected, under pressure for example, because these phases have already been described following the description of the figures of the drawing.
In fig. 13, 14 and 15, 1 designates the engine base or crankcase, 3 is the crankshaft, 3 the flywheel and 4 the coupling. 5 designates the cylinders of a four-stroke engine. In the frames of these cylinders are arranged the spark plugs 6 and the sprayers 7. The valves of the sprayers are actuated by rocker arms 8 actuated in turn by cams 9 mounted on the ope-shaft 10.
These cams are housed in housings 11, fig. 13 to 15 and are shown in detail in FIGS. 17 and 18. Toothed wheels which connect the crankshaft and the camshaft are housed in cards 12 and 13
<Desc / Clms Page number 17>
as can be seen in figs, 19 and 20. In these figures 19 and 20 the levers 14 and 80 have been shown for greater clarity in the vertical position, while they are shown in the horizontal position in figs. . 13 and 15.
On the crankshaft is mounted the toothed wheel 15 which actuates the toothed wheel 16 itself mounted on the transverse shaft 17, On this last is mounted the toothed wheel 18 which meshes with a toothed wheel 19 mounted so as to be able to slide on the camshaft 10 so that while it actuates the camshaft, it can change its position on it in the direction of its length; the lever 14 is articulated at 21 and the lever 20 at 22; the first serves to slide the camshaft 10 longitudinally in its supports, while the second allows the toothed wheel 19 to slide longitudinally on the camshaft in order to change its position relative to the toothed wheel 5. Morsque one actuates the lever 14, the position of the conical oame 9, fig, 18 and 20, is modified with respect to the rod 24 of the rocker arm.
When the camshaft is moved to the left in the manner shown the large circumference of the cam comes into active contact with the rocker arm roller, the valve of the rocker arm opens further and vice versa. When the lever 20 is moved, the angular ratio between the crankshaft and the camshaft is modified.
The timing transmission 25 is mounted on the camshaft, fig. 13 and 14, therefore the actuation of the lever 20 not only midifies the
<Desc / Clms Page number 18>
the moment when the fuel is admitted into a given cylinder, but also the moment when the charge is fired. When the ignition is done electrically, although an adjustment system can be provided to vary the moments in which the sparking of the spark and the admission must occur. fuel, these actions occur synchronously, so to speak.
The liquid hydrocarbon is brought from a reservoir through line 26, it passes through a filter 27 and is sucked from line 26 by the hydrocarbon pump 28, the piston of which can be controlled by the finger 30 fixed to the handle. of the air pump 31, which is itself fixed to the piston 32 of the pump and actuated by eccentrics 33 mounted on the transverse shaft 17. The pump which has been shown in the drawing is much larger than this is needed to supply air to the sprayer and in the case of a ship's engine it can be used to sound whistles and for other uses, while the lower part of the pump can be used for the water, as a bilge pump, etc.
It has been recognized that an air compressor whose cylinder has a cylindrical capacity of 1/2 to 1% of the total displacement of the working cylinder is amply sufficient for the spraying of liquid hydrocarbon; in other engines of the two-stroke type, the compressor volume is frequently 10 to 15% of the cylinder displacement.
The liquid hydrocarbon pump 28 sucks the latter in the pipe 40. Passing to the left in this pipe, fig, 16 ,, the liquid hydrocarbon enters into
<Desc / Clms Page number 19>
compensating tank 41 through line 42 passing through check valve 43. When the level of liquid hydrocarbon in tank 41 rises above the desired level, float 44 rises, opens valve 43 and allows liquid hydrocarbon to flow around the loop formed by pump 28, tube 42, valve 45, and communication tube 46.
When the level of the hydrocarbon drops in the tank 41, the valve 45 closes and the level of the hydrocarbon is raised by the pump 28.
47, fig. 16, designates the air pump and 48 the air tank which are placed in communication by the air pipe 49, one end of which opens into the compensating tank 41 by passing through the check valve 50, while its other end, 51, communicates with the sprayers 7. The liquid hydrocarbon line 40 is also connected to the sprayers 7, see figs, 13 and 14. Regardless of the pressure at which the air arrives in the compensating tank 41, the same pressure s 'exerts on the surface of the hydrocarbon therein.
Assuming that this pressure is 21 legs per square centimeter, the air will be supplied to the sprayers 7 through the lines 49 and 51 at a pressure of 21 kg / om2 and the liquid hydrocarbon will be supplied to the sprayers through the lines 42 and 40 at a pressure of 21 kg / om2. Regardless of the air pressure, that of the liquid hydrocarbon will be the same.
If the pressure of the hydrocarbon in lines 40 and 48 rises above the air pressure, this rise is neutralized as the level of the hydrocarbon rising in the tank 41 opens the valve. circulation 45. float 44 opens and communication is
<Desc / Clms Page number 20>
established between the inside and the outside by the tube
42. The compressed air in the tank 41 also flows into the float 44. If the air pressure drops, the air contained in the float expands and drives out any hydrocarbon which may have entered it. This type of float, although open, still floats.
When starting the engine it is necessary first of all to atomize the fuel and the air contained in the upper part of the tank is sufficient for this. The check valves 43 and 50 are closed when the engine is stopped, but in the event of a slow leak of compressed fluid at any point a supply of compressed air can be stored in the small. reservoir 48. In this case, the air necessary for starting is taken from reservoir 48 instead of being supplied by the air pump which naturally does not operate. In practice, the pressure in the reservoir is a little higher than that of the cylinder, which can be around 8.5 kgs / cm2.
Even less than this pressure is sufficient to atomize the fuel, and, in the event that the storage tank 48 does not exist, the pressure can be reestablished without difficulty using an ordinary air pump to automobile bandages.
The air and liquid hydrocarbon having been supplied at the same pressure to the sprayers, everything is ready for the admission of a charge to the sprayer and the cylinder. Although any good sprayer of any type can be used which is capable of receiving air and liquid hydrocarbon, mixing them together and producing in the manner described the combustible mixture which will then be fed / injected. @
<Desc / Clms Page number 21>
in the engine cylinder, FIG. 21 a sprayer that gives good results.
The body of this sprayer is fixed in the cylinder head 60 of the cylinder, the rod 61 of the rocker fixed in the lever 8 of the latter pushes the rod 62 which, in turn, lowers the rod 63 of the valve which carries to its lower end the valve 64 intended to close the opening of the upper end of the mixing chamber 65, at the other end of which is the valve 66 which, when the valve stem 63 descends, opens to allow the mist of air and oil to enter the cylinder. The air enters the sprayer through conduits 67 and 68. From the latter it passes into the annular chamber 69 and, from there, into the mixing chamber through the tangential nozzles 70.
The liquid hydrocarbon enters the sprayer through the pipe 71 and goes down along the annular space formed between the body of the sprayer and the sleeve 72 of the valve stem, through the pipe 73, into the chamber 74 formed around the valve stem and above the valve 61, the length of time it takes to open and the size of its opening determining the quantity of hydrocarbon admitted into the chamber 65 As soon as the air pressure is activated and the taps 45 and 50, fig. 16, are opened, the air is compressed in the mixing chamber 65 and the liquid hydrocarbon is compressed to the same pressure in the chamber 74 above the valve 64.
As the valve stem 63 descends, air immediately circulates around the chamber 65, meeting and dividing the film of hydrocarbon which
<Desc / Clms Page number 22>
flows around valve 64. The mixture of air and pulverized hydrocarbon then enters the cylinder through valve 66 which is now open. This valve is annular in shape; is provided with a rib 75 which directs the film of sprayed hydrocarbon exiting the valve.
When the rocker arm 61 is raised, the valve stem 63 is returned to its closed position by the action exerted by the pressure of the air in the chamber 77 on the underside of the diaphragm 76 which is of the type with ribbed disc, which is retained in the head of the sprayer and the edge of which is taken under the cap so as to prevent air from escaping from the chamber
77 except through valve 66. There is thus obtained a very finely divided oil and air product or mist. In order to start up after a long shutdown and when the cylinder is almost cold, it is necessary to ignite the combustible mist by any external means. The electric spark will be used for this purpose.
To ensure ignition, it is advisable that the mist which exits by the valve 66 is sent through the ignition bridge.
In some engines, which are not those of the present system, the pressure employed is 36 Kgs / cm2 and it takes 24.5 kgs / cm2 to ignite the load. The excess compression is necessary to compensate for the cooling effect of excess injection air. According to the present process, the pressure is approximately 8.5 kgs per square centimeter and the success obtained in igniting the charge by the heat of this low compression should
<Desc / Clms Page number 23>
be attributed in part to the observation of a suitable propor- tion between the atomizing air and the liquid hydrocarbon to be atomized and in part to the almost complete elimination of any cooling effect due to the expansion of the injection air in the cylinder,
A description will now be given of starting an equipped motor, according to the present method. These engines at rest in the cold state are started by injecting a charge of combustible mixture into a cylinder, the corresponding piston of which is at any point of its driving stroke and by igniting this charge by an electric spark. . The resulting combustion produces sufficient pressure in the cylinder to start the engine; under these conditions, it is not necessary for the air in the cylinder to be at a pressure greater than atmospheric pressure; this is generally the case.
Engines giving one or more equidistant driving pulses per revolution always have a piston at any point in the driving stroke and a pulse directed against it will be effective in starting the engine. It is then sufficient to provide suitable arrangements for carrying out the phases of injection and ignition of the fuel in the cylinder, these arrangements comprising a wide range of adjustment of the point of simultaneous injection and production of the spark. ahead and behind on the upper dead center * This is done in the engine represented by the lever 20, the quantity of fuel injected being regulated by the lever 14.
<Desc / Clms Page number 24>
Considering, for example, an engine of the conventional two-stroke and four-cylinder type, such as that shown in FIG. 22, this motor will give four equidistant pulses per revolution.
The four crankpins will be 90 from each other and one of them is always at any point in the first sector of the circle. This being assumed that the rotation is done in a clockwise direction.
When an engine is running with a 10 degree delay, the spark and ignition of the load are produced when the crankpins have passed the upper dead center by 10 degrees, which corresponds, in the engine described, to a camshaft adjustment with 10 degrees of delay. Therefore, if the engine were at rest with a crank pin in position 10 and if the camshaft (controlled by lever 20) was brought by hand to the lag 10 position, it would occur. an injection and a spark in this cylinder, the engine would be started, as we saw above.
Likewise, when the engine is running at 30 delays, the injection, the production of the spark and the ignition will take place when the crankpins have exceeded by 30 degrees the upper dead center corresponding to a setting in position. the camshaft at 30 degrees behind and if it happened that one of the crankpins was in the position of q30, the rotation of the camshaft to come to the position of 30 behind would cause the injection and ignition of the combustible mixture in this cylinder, as well as / starting of the engine.
<Desc / Clms Page number 25>
This would be correct if the engine was stopped with a crankpin 10, 30, 45, and even 100 beyond top dead center or in any middle position. Consequently, when it is desired to start the engine, as has been said, according to the method which is the subject of the invention, the camshaft is first placed on 100 behind, the lever 14 being in the inaction or closed position.
In this case, after having brought the lever 14 to the operating or open position, - with the spark switch closed, - if the cam is moved continuously towards the zero delay point, the injection and ignition of the charge will take place in the cylinder, the crankpin of which will be at any point between position 100 and the upper dead center.
When the motor has to run in the opposite direction, that is to say counterclockwise, the facts which have just been indicated will occur in the fourth sector of the crank circle. instead of the first and, to start the engine in this direction, it would be necessary that the oameshaft was placed at 100 'of delay for this direction of rotation there under the angle of 260 of the circle of the crankshaft, then be brought by moving it 270, 300, 330 to the position of 360 or zero; this will cause the fuel mixture to be injected and ignited in the cylinder, the crankpin of which is between 260 and the upper dead center; the motor will start in a counterclockwise direction.
When this system is applied to a
<Desc / Clms Page number 26>
reversible two-stroke, four-cylinder engine, it will therefore have to have a camshaft that can rotate 200 relative to the crankshaft:
100 early and 100 'late.
To start the engine shown, first place the camshaft in the position of .. 100 * of delay for the desired direction of rotation.
The lever 14 is then brought into the open position (position indicated in solid lines in FIG. 22) and the spark circuit is closed. The camshaft is returned to the middle position and then, when the engine is running, to the running position. Once the engine has thus been started, by the spark, -and has "warmed up", the spark can be switched off since the ignition will now take place by the heat of compression thanks to the high flammability of this charge.
This is the principle involved in starting and operating an engine used for carrying out the invention. But to simplify and make it easier to understand the starting, operation and stopping of an engine, reference will now be made to figs 22 and 23 of the accompanying drawings, assuming that the engine must be started when 'he is cold; we first ensure that the lever 14 is in the position indicated in dotted lines or closed position, fig, 23, which is that of the engine at rest; this will bring the cam actuators 9 mounted on the camshaft 10 on one side of the rods 24 of the rocker arm.
The adjustment lever 20 will then be brought from the position in full lines to the position in dotted lines,
<Desc / Clms Page number 27>
fig, 23, this movement being sufficient to rotate the camshaft 100, thus causing the cams to lag and consequently delaying the moment of injection and production of the spark with respect to the upper dead point of the pistons.
The throttle lever 14 will then be brought to the position indicated in solid lines in FIG. 23.
This movement will bring about the return of the cam control members 9 to their original position, ndahs the extension of the rods 24 of the rocker arms. The adjustment lever 20 will then be returned to the position indicated in solid lines, this movement having the result of bringing the control members of one of the cams into contact with the roller of the rod 24 of the corresponding rocker arm, as a result of raise the rod, open the sprayer by actuating the rocker arm 8 and let a charge of fuel enter the cylinder. In the example shown, it happens that the injection will take place in cylinder 1, as shown in FIG. 22.
In the example currently in question, the crankpin of cylinder n I is out of neutral and its piston occupies the position required to complete a driving stroke in the direction of clockwise, facing the end. anterior in the arrangement of fig. 22, the charge then leaving this sprayer enters this cylinder and ignites. This will suffice here because the movement of the adjustment lever 20, as stated above, has also brought the regulator 25 into the position where it closes the circuit of cylinder # 1.
Therefore by the simple maneuver above
<Desc / Clms Page number 28>
indicated by the throttle lever 14 and the adjusting lever 20, the load will be admitted into cylinder no. 1 and ignited, the piston of this cylinder will complete a driving stroke and thus produce the starting of the engine. The other cylinders and their postons perform power strokes in rapid succession; in the example under consideration, the cylinder (and piston) which will now function as shown will be number III because the cam and the rocker arm rod which will come into operation immediately after in this example are the cam and the rocker arm which belong to the cylinder
N III.
It will also be noted that the connecting rod and the piston of this cylinder, when this cam and this roller meet, have left neutral, so that the shaft will turn clockwise again. .
Once the engine has been started in the manner just indicated, the ignition continues by the spark until the operator opens the spark circuit, in any conventional manner. after which it will be done by self-ignition. If the engine is cold when it is started in this way, the operator will wait until it is warmed up before proceeding to auto-ignition. But if the engine has been running and is what lion can call very hot when it is restarted, the change from spark ignition to self-ignition can be done almost immediately.
It will naturally be understood that once the position of the engine parts has been adjusted in the manner indicated, the engine is started according to
<Desc / Clms Page number 29>
the phases of the system which comprise, as regards the cylinder and the piston thus actuated first: the production of the fuel, the injection of the fuel mixture and the ignition by the electric spark, without taking into account the phases of compression and distribution of fuel;
but that, as regards the other cylinders and pistons, the system is applied in all its extent, that is to say the phase of production of the charges of fuel supplied by the spraying agent, the phase of injection to low pressure, the fuel distribution phase and the ignition phase, either first by the spark and then by self-ignition, or always by the spark if desired, the whole being effected in the order listed.
Although from a thermal point of view it is advantageous to have a high compression, it does not always result in real economy. According to the invention, it suffices for the compression to be high enough to produce ignition of the liquid fuel intimately mixed with a sufficient volume of compressed air. The volume of this injection air is so small that the cooling effect resulting from its expansion in the cylinder is negligible, therefore high compression to overcome the cooling effects is unnecessary. Volume. of air used for spraying is also proportion born to that of the oil to be sprayed, as has been said above.
The charge of combustible mixture admitted into the cylinder is practically of uniform quality and the quantity of this admitted charge is regulated in the engine represented by the throttle lever 14. The pressure of the air necessary for the
<Desc / Clms Page number 30>
spraying can be 4 1/4 kgs, only per square centimeter or even $ be less, but for the operation, and especially when the firing is effected by the heat of compression, one has recourse, for the spraying to an air pressure a little higher than that of the compression which can be about 8.5 kgs per square centimeter.
It goes without saying that when firing is effected by compression, the spray pressure must exceed the compression pressure, otherwise the charge could not be introduced.
The hydrocarbon is sprayed as it enters the sprayer's mixing chamber by the jets of compressed air which enter the mixing chamber through the tangential nozzles 70, the liquid hydrocarbon and air thoroughly mixed while 'they rotate and pass through the mixing chamber, while the combustible mixture expands to a pressure below the inlet pressure of hydrogen and air in the mixing chamber and it follows that the The velocity of the vaporized mixture passing from the sprayer into the combustion chamber is reduced, allowing it to burn closer to the vaporizer and before it can come into contact with the cylinder surfaces. The spray pressure was mentioned above and the injection pressure should also be understood under this term.
As has already been said, the above description of a type of engine to which the invention can be applied has been given in the present document.
<Desc / Clms Page number 31>
and this engine has been shown in the accompanying drawings with a view to facilitating the understanding of the process itself and making it possible to appreciate it, but it must be understood that this operating process is also suitable in practice for all known types of internal combustion engines.
Although it is preferable to use atmospheric air for one of the constituents of the combustible mixture, it is obvious that one can use, instead of air, any gases available and, for example, gases from the combustion and explosion of fuel charges in engine cylinders,
It will be understood that as a whole the present process comprises the compression of the air in the cylinder up to a determined point, then the injection of the fuel mixture obtained, a new compression then, when the maximum is compression and temperature. are reached when the load is fired for the first time by means other than self-ignition, followed by self-ignition,
It will be understood that when it is said in the course of this specification that the quantity of air employed is less than that of the hydrocarbon in the mist,
this relates to the relative amounts determined by weight; for example, if we take 28 cubic decimeters of air by braking one horsepower (which is a relatively high figure and 0.25 kgs of liquid hydrocarbon for a braking force of one horse -vapor-hour (which is roughly the amount used), the weight of this amount of air will be
<Desc / Clms Page number 32>
approximately 0.035 kg for a braking force of one horse-power-hour. This assumed that we have free air at a temperature of about 20 C.
It is further evident that this indication of a quantity of air less than the quantity of hydrocarbon contained in the mist also takes into account the state in which the quantity of air and the quantity of hydrocarbon (determined by weight) approaches the point of uniformity of the relative quantities, to go from there by degrees where. the amount of air contained in the mist is certainly less than that of the liquid hydrocarbon. Thus, for example, 1/4 kg of hydrocarbon can be used and 83 cubic decimetres of air contained in the mist is certainly less than that of liquid hydrocarbon.
Thus, for example, one can employ 1/4 kg of hydrocarbon and 23 cubic decimeters of air approximately, which constitutes approximately the ratio envisaged between the quantities of these elements making up the injection gasoline.
The term “spark” or “electric spark” used in the preceding description includes any ignition system other than self-ignition.
It has been said that ignition is carried out at lower degrees of maximum compression. By this we must understand that the ignition can be done and that it is done by the heat of compression obtained in low maximum compression engines, for example not exceeding 17 kgs and descending to about 8 kgs per centimeter square. This ability to produce ignition by means of the heat obtained by such a low maximum compression results
<Desc / Clms Page number 33>
of the present invention and depends largely on the nature and quality of the fuel mixture described above. The inventors believe that they are the first who have been able to achieve self-ignition at such low maximum compressions.
They can, however, achieve self-ignition at all of the high degrees of maximum compression found in high compression engines, such as those in which the minimum compression is 17 kgs / cm2.
It will also be noted that although use has been made of the expressions “explosion engines” or “internal combustion explosion engines”, the invention also applies to internal combustion engines.