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"Perfectionnements apportés aux moteurs à combus- tion interne" Société dite : The Marion Steam Shovel Company, Marion, Comté de Marion, Etat d'Ohio E.U. d'Amérique.
L'invention se rapporte aux moteurs à cambus- on interne et, en particulier aux moteurs du type de ceux dans lesquels un liquide combustible est brûlé dans l'in- térieur du cylindre.-
L'invention vise en particulier la construction d'un moteur d'encombrement et de poids réduit, capable de remplir toutes les fonctions d'un moteur à combustion in- terne fonctionnant d'une manière satisfaisante et conti- nue à de faibles pressions de compression et à de faibles pressions d'injection, économique au point de vue de la consommation de combustible, quelles que soient les con- ditions de la charge, économique à toutes les vitesses;
permettant l'utilisation de combustible liquide des qualités les moins coûteuses, réversible, sans avoir recours à un dispositif de changement de marche et dont la mise en mar- che s'effectue automatiquement.-
Dans les moteurs à combustion interne, la cha- leur sons une forme quelconque est nécessaire pour enflammer
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la charge. Cette chaleur est fournie par l'étincelle élec- trique ou. par la compression ou en partie par une lampe, une ampoule ou un enroulement chaud. Lorsqu'on compte en- tièrement ou en partie sur la chaleur de la compression pour l'allumage de la charge, il faut avoir recours à des moyens étrangers quelconques pour opérer la mise en mar- che du moteur depuis la position de repos où il est froid.
Pour produire la compression qui doit fournir la chaleur nécessaire, il faut que le moteur tourne et à moins qu'il soit mis en rotation par l'allumage de la charge, il faut que la rotation soit provoquée par une action extérieare par exemple celle de l'air comprimé. Par l'effet de la rota- tion une aspiration est créée dans le cylindre pour aspi- rer les charges, le combustible étant pulvérisé ou fine- ment divisé avant l'admission.
Pour allumer une charge combustible au. moyen de l'étincelle électrique, il faut qu'elle soit d'abord très finement divisée ou pulvérisée, et la charge à l'état fi- nement divisé doit é#re préalablement admise dans le cy- lindre. C'est ce qui a lieu. dans le cas d'un moteur d'au- tomobile mais seulement avec les combustibles liquides les plus volatils, tels que la gazoline, mais le moteur d'au- tomobile n'est pas auto-démarreur, il est mis en marche soit à la main, soit au moyen d'un démarreur électrique.
D'autre part, le moteur d'automobile n'est pas réversible sans l'intermédiaire d'un changement de marche permettant de changer le sens de rotation,-
Dans les moteurs à combustion interne consommant un hydrocarbure liquide, le combustible est injecté dans le cylindre au moyen de l'air comprimé ou d'une pression
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mécanique, Or, pour produire l'air comprimé il faut une installation spéciale laquelle est Encombrante, lourde et coûteuse. L'air provenant de la même installation peut servir pour effectuer la mise en marche du moteur. Dans un des types de moteurs à hydrocarbure le plus économique, l'air est admis dans les injecteurs sans interruption à une pression de 56 à 70 kgs environ par centimètre carré.
La charge d'hydrocarbure liquide est aspirée dans les in- jecteurs et elle est proportionnée au taux de compression, En général, l'air d'injection n'est proportionné ni au taux de compression, ni à la charge d'hydrocarbure. Par consé- quent, pour des taux de compression réduite, la charge est plus pauvre que dans le cas de taux de compression plus élevée. De plus, la dilatation dans le cylindre de l'air d'injection fortement comprimé produit un effet de re- froidissement.
Lorsque, dans un moteur de ce genre, la char- ge est enflammée par la chaleur de compression, il est indispensable d'atteindre une forte compression pour ga- rantir l'allumage même de charges pauvres et pour surmonter aussi l'effet de refroidissement de l'air comprimé, or, les compressions élevées exigent des moteurs lourds, L'économie est aussi moindre avec ces moteurs à cause de l'irrégulati- té de l'allumage à des taux de compression variables, ce qui est dû à l'accumulation du combustible liquide sur la tête du piston ou sur la paroi du cylindre, ainsi qu'à d'autres inconvénients inhérents à la pulvérisation directe du combustible dans la chambre de combustion,
Lorsqu'on ralentit la vitesse d'un moteur à combustion interne, on augmente la durée d'ouverture de la soupape.
Si l'admission du c omb ustible n'est pas réglée,
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cette admission par tour du moteur augmentera. Quelle que soit la vitesse du moteur, la durée d'ouverture d'une sou- pape par minute est la même. On voit d'après cela que pour chaque heure de la durée de fonctionnement à quelque vites- se que ce soit, la durée d'ouverture de la soupape d'un moteur à combustion interne, à commande par cames, sera la même pour un même réglage de la soupape. Cela étant le cas, si l'on ralentit la vitesse d'un moteur par des moyens autres que par l'étranglement, la quantité d'air admise en décimètres cubes sera la même par minute, quelle que Boit la vitesse. Cela se rapporte à l'air d'injection ou air employé pour la pulvérisation du combustible.
Il ne s'agit pas ici du réglage de l'admission d'hydrocar-
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bure liquide puisqu'on cherche à léar'.ltlèD4Iàsato8s1e8 moteurs, tandis qu'il n'en est pas de même du réglage de l'air d'injection. Si ce dernier n'est pas réglé et si l'admission d'hydrocarbure liquide l'est, la qualité de la charge variera avec le taux de compression réduits jusqu'à ce que, à des taux de compression et à des taux de 'compres- sion ralentis, on éprouve de la difficulté à produire l'al- lumage.
Pour mieux préciser, l'un des buts de l'inven- tion est l'établissement d'un moteur léger, d'encombrement réduit, dans lequel le combustible et l'air de pulvérisa- tion sont tous deux parfaitement réglés de manière que la qualité de la charge soit uniformisée, que l'effet de re- froidissement de l'air admis puisse hêtre réduit au mini- mum et que le moteur puisse fonctionner économiquement à toutes les vitesses pratiques.
Par le terme "moteur" on doit entendre non seulement l'appareil au moyen duquel la cha- leur est transformée en mouvement rotatif maisl'organisation
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commençant par le combustible, son réglage, la commande et les fonctionnement des pièces mécaniques du moteur, jusqu'à la distribution de force motrice.-
Sur les dessins ci-annexés : -
La fig. 1 est la vue en plan d'un moteur éta- bli conformément à l'invention.-
La fig. 2 en est la vue de coté, et
La fig. 3 la vue en bout.
La fig. 4 représente le dispositif de réglage des pressions du comb ustible.-
Les fig. 5 & 6 représentent respectivement, par une vue en bout et par une vue de coté, la came de com- mande de la soupape du pulvérisateur de combustible.
La fig. 7 est la vue se côté de la transmission servant à la sélection du cylindre et au réglage de l'ad- mission du combustible. La fig. 8 en est la vue en bout.
La fig. 9 représente le pulvérisateur de combus- tible en coupe verticale.
La fig. 10 est l'élévation latérale du moteur représenté dans son ensemble sur les fig. 1,)2 & 3, une partie des cylindres étant enlevée ou arrachée pour per- mettre de voir la position des pistons; sur ces figures les parties occupent la position voulue pour permettre l'admission d'une charge dans le cylindre I et l'allumage, par étincelle, de cette charge.
La fig. 11 est la vue en plan du vilebrequin et de l'arbre à cames avec leur transmission de liaison; on y voit le levier d'étranglement 14 et le levier de ré- glage à temps 20.
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La fig. 12 est une coupe verticale faite sui- vant la ligne 12-12 de la fig. 10, qui montre l'un des pistons et des manetons dans la p osition voulue pour la course motrice.
Pour permettre de mieux comprendre l'invention pn a choisi comme exemple son application à un moteur à deux temps. Le principe est le même ici que dans le cas du moteur à quatre temps, mais le dessin en est moins compliqué parce qu'il comporte un plus petit nombre de pièces.
I. fig. 1, 2 et 3, désigne la base du moteur ou carter, 2 est le vilebrequin, 3 le volant et 4 l'accouple- ment. En 5 sont désignés les cylindres d'un loteur à qua- tre temps. Dans les calasses des cylindres sont placés les bougies d'allumage 6 et les pulvérisateurs 7. Les soupapes des pulvérisateurs sont commandées par des culbuteurs 8 commandés à leur tour par des cames 9 montées sur l'arbre à cames 10. Les cames sont logées dans des carters 11 représentés sur les fig. 1 à 3. Les roues dentées qui re- lient le vilebrequin et l'arbre à cames sont disposées dans des carters 12 & 13. Sur les fig. 7 & 8, les leviers 14 à 20 sont représentés dans la position verticale pour plus de clarté, tandis qu'ils sont représentés dans la position horizontale sur les fige 1 à 5.
Sur le vilebrequin est montée la roue dentée 15 qui actionne la roue dentée 16 montée sur l'arbre transver- sal 17. Sur ce dernier est montée la roue dentée 18 qui en- grène avec la roue 19 (dentée) montée de façon à pouvoir cou- liaser sur l'arbre à cames 10, de sorte que pendant qu'elle
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actionne l'arbre à cames, elle puisse modifier sa position sur lui dans le sens de sa longueur, Le levier 14 est ar- ticulé en 21 et le levier 20 en 22.Le levier 14 sert à faire coulisser l'arbre à cames 10 longitudinalement dans ses supports, Le levier 20 permet de faire coulisser la roue dentée 19 longitudinalement sur l'arbre à cames dans le but de modifier son rapport avec la roue dentée 15.
Lorsque le levier 14 est actionné, la came conique 9, fig 5 & 6, se déplace par rapport à la tige 24 du culbuteur.
Lorsque l'arbre à cames est déplacé vers la gauche comme il est indiqué, la grande circonférence de la came vient en contact actif avec le galet du culbuteur, ce qui per- met à la soupape du pulvérisateur de s'ouvrir plus en grand, et inversement. Lorsque l'on manoeuvre le levier 20, le rapport angulaire entre le vilebrequin et l'arbre à cames est modifié.
La transmission 25 du distributeur (fig. 1 & 2) est montée sur l'arbre à cames ainsi qu'on le voit sur les fig.
1 & 2, par conséquent, la manoeuvre du levier 20 modifie non seulement le moment où se fait l'admission du combus- tible dans un cylindre donné, mais aussi l'instant de l'al- lumage de la charge, Lorsque l'allumage se fait électrique- ment, bien que l'on puisse opérer des réglages pour faire varier l'instant où jaillit l'étincelle par rapport à celui de l'admission du combustible, ces actions se produisent pour ainsi dire synchroniquement.
L'hydrocarbure liquide est amehé d'un réservoir d'alimentation par la conduite 26 et traverse un filtre 27; il est aspiré de la conduite 26 par la pompe à hydrocarbure 28 dont le piston 29 peut être actionné par le;doigt 30
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relié à la crosse de la pompe à air 31. Cette crosse re- liée au piston 32 de la pompe à air est actionnée par des excentriques 33 montés sur l'arbre transversal 17. La pompe à air qui a été représentés sur les dessins est de dimensions beaucoup plus grandes que cela est nécessaire pour alimenter d'air le pulvérisateur et, dans le cas d'un moteur de navire, elle peut servir pour actionner les sifflets et pour d'antres usages, tandis que la partie inférieure de la pompe peut être utilisée pour l'eau, coma me pompe de cale, etc...
Il a été reconnu. qu'un compresseur à air, dont le cylindre a une capacité cylindrique de 1/2 à 1% du. déplacement total du. cylindre moteur, suffit am- plement pour la pulvérisation 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. 4, l'hydrocarbure liquide entre dans le réservoir com- pensateur 41 par le conduit 42 en traversant la soupape de retenue 43. Lorsque le niveau de l'hydrocarbure liquide dans le réservoir 41 s'élève au-dessus du. niveau désiré, le flotteur 44 monte, actionne la soupape 45 et permet à l'hydrocarbure liquide de circuler autour de la boucle for- mée par la pompe 28, le tube 42, la soupape 45 et le tube de communication 46.
Lorsque le niveau de l'hydrocarbure descend dans le réservoir 41, la soupape 45 se ferme et le niveau de l'hydrocarbure est élevé par la pompe 28.-
47, fig.4, désigne la pompe à air et 48 le réser- voir à air, qui sont mis en communication par 1a conduite à
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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 pulvé- risateurs 7. La conduite d'hydrocarbure liquide 40 est aussi reliée aux pulvérisateurs 7, voir fig. 1 & 2. Quelle que soit la pression à laquelle l'air arrive dans le réservoir compensateur 41, la même pression s'exerce sur la surface de l'hydrocarbure qui s'y trouve.
Supposant que cette pres- sion est de 21 kgs par centimètre carré, l'air sera amené aux pulvérisateurs 7 par les conduites 49 & 51, à la pression de 21 kgs par centimètre carré et l'hydrocarbure liquide sera amené aux pulvérisateurs par le tube 42 et la conduite
40 à la pression de 21 kigs. par centimètre carré. Quelle que soit la pression de l'air, celle de l'hydrocarbure li- quide sera la même. Si la pression de l'hydrocarbure dans le conduits 40 & 42 s'élève au-dessus de collège 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. Le flotteur 44 s'ouvre et la com- munication est établie entre l'intérieur et l'extérieur par le tube 52. 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 flottes 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 sunérieure du réservoir 41 suffit pour cela.
Les soupapes de retenue 43 et 50 sont fermées lorsque l'on arrete le moteur, mais pour le cas où il se produirait une lente fuite-de fluide comprimé en un point quelconque, on
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peut emmagasiner une provision d'air comprimé dans le petit réservoir 48. Dans ce cas, l'air nécessaire à la mi- se en marche est pris au réservoir 48 au lieu d'être four- ni par la pompe à air, laquelle naturellement ne fonction- ne pas. Dans la pratique, la pression dans le réservoir est un peu. supérieure à celle du cylindre, laquelle peut être de 8,5 kgs environ par centimètre carré.
Une pression même inférieure à celle-ci suffit pour pulvériser le com- bustible et dans le cas où. le réservoir d'emmagasinage 48 n'existe pas, la pression peut être rétablie sans diffi- culté à l'aide d'une pompe à air ordinaire pour banda- ges d'automobiles.
L'air et l'hydrocarbure liquide ayant amenés à la même pression, aux pulvérisateurs, tout est prêt pour l'admission d'une charge au pulvérisateur et au cylindre.
Bien que l'on puisse faire usage de tout bon pulvérisateur de type quelconque capable de recevoir l'air et l'hydrocar- bure liquide, d'en effectuer le mélange et de produire, de la manière décrite le mélange combustible qui sera ensuite injecté dans le cylindre moteur, on a représenté sur la fig.9 des dessins, un pulvérisateur qui est décrit en détail dans un brevet de la Société dite The Marion Steam shovel Company -du 1er Août 1927-. Le corps de ce pulvérisateur est fixé dans la culasse 60 du cylindre.
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 64 des- tinée à obturer l'ouverture de l'extrémité supérieure de la chambre de mélange 65, à l'autre extrémité de laquelle se trouve la soupape 66 qui, lorsque la tige de soupape 63 descend s'ouvre, pour permettre au brouillard d'air et
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d'hydrocarbure de pénétrer dans le cylindre. L'air entre dans le pulvérisateur par les conduits 67 & 68. De ce der- nier il passe dans la chambre annulaire 69 et de là dans chambre de mélange par les ajutages tangentiels 70.
L'hydrocarbure liquide entre dans le pulvérisateur par la conduit 71 et se rend en descendant le long de l'espace annulaire formé entre le corps du pulvérisateur et le four- reau 72 de la tige de soupape, par le petit conduit 73 dans la chambre 74 formée autour de la tige de soupape et au-dessus de la soupape 64; la longeur du temps que celle- ci met à s'ouvrir et la dimension de son ouverture déter- minent la quantité d'hydrocarbure admise dans la chambre 65.
Dès que l'on fait agir la pression de l'air et que les soupapes 45 & 50, fig. 4, sont ouvertes, 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, ren- contrant et divisant la pellicule d'hydrocarbure qui af- flue autour de la soupape 64. Le mélange d'air et d'hydro- carbure pulvérisé pénètre alors dans le cylindre par la soupape 66 qui maintenant est ouverte. Cette soupape est de forme annulaire; elle est pourvue d'une nervure 75 qui
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dirige la pel110lÜibd 'hydrocarb u.re pulvérisé sortant de la soupape.
Lorsque fait remonter la tige 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 disque nervure qui est retenu dans la tête du pulvérisateur et dont le bord est pris en dessous du chapeau, de façon à empêcher l'air de s'échapper de la chambre 77 sauf en passant par la
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soupape 66. On obtient ainsi un produit ou brouillard d'hy- drocarbure et d'air très finement divisé.
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Pour opérer la mise en marche du moteur 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 quelconque. On emploiera dans ce but l'étincelle électrique. Pour assurer l'allumage, il est bon que le brouillard que sort par. la soupape 66 soit envoyé à travers le pont d'allumage ce qui est rendu possible grâce à la forme de la soupape de pulvérisation établie conformément à l'invention.
Pour mettre en marche un moteur à basâe pression, celui d'une voiture automobile par exemple dans lequel la pression est en moyenne de 4,5 kgs environ par centimètre carré, il est nécessaire de se servir en tout temps, pour l'allumage de l'étincelle électrique ou d'un autre agent extérieur parce que la chaleur fournie par la compression n'est pas suffisante et, lorque l'on emploie l'étincelle dans ces conditions-là, elle devra être retardée par rapport -à l'admission du combustible ès que le moteur s'est échauf- fé après la mise en marche.
Lorsque le moteur est froid au moment où on le met en marche, il est nécessaire d'envoyer l'hydrocarbure et l'air ou le mélange combustible à travers l'étincelle pour assurer l'allumage, c'est-à-dire que l'é- tincelle devra jaillir au moment même où se fait l'admission du combustible ou à peu près. Une fois le moteur mis en marche et échauffé, l'étincelle pourra être retardée avec avantage par rapport à l'admission du combustible.
Mais lorsqu'il s'agit de moteurs à pressions plus élevées dès que le moteur est échauffé on met l'étincelle
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hors circuit et on produit l'explosion par la chaleur de compression et la chaleur restante. Dans ce cas il a été remarqué.' que lorsqu'on met l'étincelle hors circuit, le moteur prend un peu de vitesse, ce qui indique qu'il re- çoit plus de force motrice de la même charge. On peut at- tribuer cela au fait qu'à la mise en marche, l'étincelle enflamme une charge brute, humide; cette partie du travail de la combustion sert à transformer le brouillars d'hydro- carbure en gaz ou, tout au moins, chauffer le brouillard.
A la mise hors circuit de l'étincelle, une fois le moteur échauffé, la charge ne s'enflamme pas avant d'avoir été convertie en gaz, ou avant d'être suffisamment chaude, et la chaleur nécessaire est produite par la compression et par les parois du cylindre. Cela indique que quand le moteur marche à l'étincelle, il faut une fois que le moteur est chauffé retarder l'étincelle par rapport à l'admission du combustible, afin de laisser à la charge le temps voulu pour sa transformation de l'état brut à l'état gazeux ou tout au moins pour qu'elle soit chauffée.
Dans certains moteurs qui ne sont pas ceux du pré- sent système la pression employée est de 35 kgs par centi- mètre carré à 36 kgs par centimètre carré environ et il faut
24. 5 kgs par centimètre carré pour la mise de feu de la charge. L'excédent de compression est nécessaire pour compen- ser l'effet de refroidissement d'un excédent d'air d'injec- tion.
Dans le présent procédé, la pression employée est de 8.5 kgs environ par centimètre carré et le succès obtenu par la mise de feu de la charge par la chaleur de cette basse compression doit être attribué en partie à l'observation d'une proportion convenable entre l'air de pulvérisation et
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l'hydrocarbure liquide à pulvériser et en partie à l'élimi- nation pour ainsi dire totale de tout effet de refroidisse- ment dû à la dilatation de l'air d'injection dans le cylindre.
Il a été dit quauc un moteur à comb ustion interne ne peut être auto-démarreur, qu'il faut qu'il soit mis en natation à l'aide d'une manivelle ou. au- moyen de l'air comprimé ou par un autre agent extérieur. Il a été dit aussi qu'il n'existe pas de moteur à comb usti on interne qui soit ré- versible sans l'aide de moyens mécaniques. Le présent sys- tème permet de faire tourner un moteur froid, dans un sens ou. dans l'autre, sans avoir recours à des moyens extérieurs.
Après la mise en marche, la charge combustible peut être enflammée par la chaleur de la basse pression. Conformément à l'invention, un mélange ou. brouillard combustible, de qualité uniforme est produit en pulvérisant une certaine quantité d'hydrocarbure liquide avec une quantité plus faible en poids d'air comprimé à basse pression et cette charge est enfamméè au moyen de l'étincelle électrique.
On peut continuer à enflammer au moyen de l'étincelle ou bien dès que le moteur est chaud employer dans ce but la chaleur d'un fluide à basse pression.-
Pour mettre un moteur en marche par ce système, il est nécessaire naturellement que le maneton du cylindre dans lequel la charge doit être enflammée.' se trouve dans la position correcte, avant ou arrière. Dans le cas d'un moteur à un ou à deax cylindres il peut être nécessaire d'arrêter le moteur pour lui faire quitter le point mort, mais, lorsqu'il s'agit d'un moteur à quatre cylindres, bien que deux manetons puissent être au point mort, les deux
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autres ne le sont pas.
Mais avant la mise de feu de la charge il est nécessaire de choisir le cylindre d'avant ou le cylindre d'arrière, suivant le cas, ce que l'on peut effectuer en modifiant le rapport d'angle entre l'arbre à cames et le vilebrequin. Le dispositif sélecteur peut être d'un genre quelconque appropié. Dans l'exemple représenté, une roue dentée 15 montée sur le vilebrequin actionne la roue dentée 19 clavetée sur l'arbre à cames
10, par l'intermédiaire des roues dentées 16 & 18 montées sur l'arbre transversal 17, fig. 7 & 8.
L'admission du mélange combustible est commandée par la position de l'arbre à cames; le distributeur est relié par engrenages à ce même arbre à cames, par conséquent, lorsque l'on dé- place l'arbre à cames par rapport au vilebrequin l'allu- mage se trouve aussi réglé par rapport au vilebrequin.
Pour la mise en marche du moteur, la manoeuvre est la suivante: on s'assure d'abord que le levier 14 occupe la position indiquée en pointillé sur la fig. 11, qui est la position normale du moteur au repos. Cela a Pour effet de ramener les organes de commande des cames 9 montées sur l'arbre 10 de l'un des côtés des tiges 24 des culbuteurs.
On ramène ensuite le levier de réglage à temps 20 de la position en traits pleins à la position indiquée en pointillé sur la fig.11, ce mouvement étant suffisant Pour faire tourner l'arbre à cames de 10 0 degrés, -ce qui a pour effet de retarder les cames et, par conséquent, le moment de l'injection et du jaillissement de l'étincelle par rapport au point mort supérieur des pistons on amène ensuite le levier d'étranglement 14 à la position indiquée en traits pleins, ce mouvement ayant pour effet
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de provoquer le rappel des cames 9 à leur position pri- mitive dans le prolongement des tiges 24 des culbuteurs.
On ramène maintenant le levier de réglage 20 vers la po- sition indiquée en traits pleins ; cedéplacement du le- vier 20 ayant pour conséquence de produire la venue en contact de l'organe de commande de 1une des cames avec le galet de la tige du culbuteur correspondante 24, et par suite le soulèvement de la tige et l'ouverture du pulvérisateur par l'actionnement du culbuteur 8 et l'ad- mission d'une charge de combustible dans le cylindre.
Dans l'exemple représenté, l'injection aura lieu dans le cylindre N 1 comme il est indiqué sur la fig. 10.
Pour renverser la marche en supposant que le mo- teur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, on manoeuvre le levier 14 de manière à arrêter l'admission de combustible, on déplace le levier 20 et l'arbre à cames de 100 degrés, tous deux dans le sens des aiguilles d'une montre, on manoeuvre le levier 14 pour admettre le combus- tible et l'on amène le levier 20, en le faisant tourner, dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, à la position de 12 heures, l'explosion de la charge aura lieu. alors quand la manivelle se trouvera dans le secteur compris entre les positions de 12 heures et de 9 heures, ou. immédiatement au-delà de celle-ci.
Dans la description de la mise en marche et du fonctionnement qui vient d'être donnée l'allumage se fait électriquement. Il peut être désirable, dans- certaines conditions, de marcher avec l'allumage électrique tandis que dans d'autres cas l'allumage peut être effectué par la chaleur de compression et la chaleur restante, Pour marcher avec ce dernier mode d'allumage, on net en marche
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d'abord avec l'allumage électrique puis, dès que les cylindres sont chauffés et que la comression est suf- fisante, on met l'étincelle hors circuit. La charge ad- mise dans le cylindre est pour ainsi dire de qualité uni- forme et l'on en fait varier la quantité au moyen du le- vier d'étranglement 14.
La pression de l'air de pulvéri- sation peut ne pas dépasser 4,22 kgs par centimètre carré et être même inférieure, mais pour le fonctionnement et surtout lorsque l'allumage est produit par la chaleur de compression, la pression de l'air de pulvérisation devra être un peu supérieure à celle de la compression, laquelle est de 8,5 kgs environ par centimètre carré.
Il est evi- den que lorsque l'on opère la mise de feu par compression, la pression de pulvérisation doit être supérieure à la compression faute de quoi l'admission de la charge ne pourrait avoir lieu.-
L'hydrocarbure liquide est pulvérisé à son ad- mission dans la chambre de mélange par les jets d'air compri- mé qui affluent dans la chambre de mélange par les ajutages tangentiels 70; l'hydrocarbure et l'air sont alors intime- ment mélangés pendant qu'ils tournent et traversent la chambre de mélange, le mélange combustible se détendant à une pression inférieure à celle à laquelle le mélange d'hydrocarbure et d'air entrent dans la chambre de mélange et il s'ensuit que la vitesse du jet à sa sortie du pulvé- risateur est réduite.
Il est bon que la vitesse soit faible quand le jet se rend du pulvérisateur dans la chambre de combustion, cela permet au jet de brûler plus près du pul- vérisateur et avant de Rencontrer les salaces du cylindre.
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Il a été question dans les précédents paragraphes de la pression de pulvérisation et par cette expression on doit entendre aussi la pression d'injection.
Dans l'exemple représenté sur les dessins, le point d'allumage se trouve en haut du cercle vertical.
En d'autres termes, la disposition mécanique est telle que lorsque la pointe des cames de commande des culbuteurs atteint la position de 12 heures le combustible est injecté et l'étincelle passe dans le cylindre. Le point d'alluma- ge pourrait être situé à tout autre endroit du cercle ver- tical, sa position étant déterminée uniquement par la liai- -son entre l'arbre à cames et les dispositifs d'injection et d'allumage.
Le mot "retard" a été employé pour exprimer un mouvement de l'arbre à cames et du dispositifs d'injection et d'allumage par lequel la position du point d'allumage d'un cylindre donné est retardée par rapport à ce cylindre et au maneton; cela signifie aussi que le point d'allumage est dépalcé en avant ou avancé sur le cercle de rotation de ce maneton. Ainsi par exemple si le point d'allumage est retardé de 90 degrés par rapport au maneton et si le point d'allumage est à 12 heures pendant la marche, le point d'allumage est alors retardé de 90 en avant de la position de marche. L'allumage se fait à la position de 12 heures comme d'habitude, mais après que le maneton a dépassé cette position de 90 degrés; l'expression re- tard a généralement cette acceptation là dans l'industrie des moteurs.
On comprend que lorsqu'il est dit au cours du présent mémoire que la quantité d'air employée est infé- rieure à celle de l'hydrocarbure dans le brouillard, cela
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a trait aux quantités relatives déterminées en poids. Ainsi par exemple si l'on prend 28 décimètres cubes d'air en- viron par freinage d'un cheval-vapeur-heure ( ce qui est un chiffre realtivement élevé ) et 270 grammes d'hydro- carbure liquide environ 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 d'en- viron 35 grammes pour un effort de freinage d'un cheval- vapeur-heure. Cela en supposant qu'on dispose d'air libre à la température de 200 0. environ.
Il est en outre évident que cette indication d'une quantité d'air inférieure à la quantité d'hydrocar- bure contenue dans le brouillard tient compte aussi de l'état dans lequel la quantité d'air et la quantité d'hy- drocarbure (déterminée en poids) se rapproche du point d'uniformité des quantités relatives, pour passer de là par des degrés où la quantité d'air contenue dans le brouillard est certainement inférieure à celle de l'hydro- carbure liquide. Ainsi par exemple on peut employer 270 grammes d'hydrocarbure et 23 décimètres cubes d'air environ, ce qui constitue approximativement le rapport prévu entre les quantités de ces éléments composant le combustible d'injection.
Enfin ainsi que l'on s'en rend compte par ce qui précède les divers points caractéristiques du moteur établi -conformément à l'invention sont les suivants:- a) La faculté d'effectuer sa mise en marche lorsqu'il est froid, sans avoir recours à un démarreur ou à une mise en marche à la main. b) L'injection du mélange combustible dans l'air du cylindre lorsque le piston se trouve aux points de basse pression ainsi qu'on la vu plus haut.
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c) La faculté d'opérer le changement de marche pen- dant le fonctionnement soit pour faire passer le vilebre- quin de la rotation s'effectuant dans le sens des aiguilles d'une montre à la rotation en sens contraire à celai des aiguilles d'une montre ou inversement.-
R é s u m é
L'invention porte sur un moteur à combustion interne qui présente les caractères distinctifs suivants :
1 La combinaison avec un ou.plusieurs cylindres comprenant un ou plusieurs pistons, une ou plusieurs biel- les et un vilebrequin, d'un pulvérisateur de mélange com- bustible par cylindre, d'un mécanisme de commande qui, lorsque le moteur est au repos, peut être réglé pour per- mettre au pulvérisateur d'envoyer le mélange combustible dans un cylindre pendant que le piston est dans la posi- tion de course motrice, et des moyens pour obliger le mélan- ge combustible à quitter le pulvérisateur et à pénétrer dans un cylindre à ce moment là,le moteur pouvant ainsi être mis en marche depuis l'état de repos.
2 'Un moteur;- à ]plusieurs cylindres comprenant chacun une bielle et un vilebrequin commun à tous les cylindres d'un pulvérisateur de mélange combustible pour chaque cylindre, d'un mécanisme de commande pour ces pulvérisa- teurs, saceptible d'être réglé lorsque le moteur est au repos, pour permettre à l'un des pulvérisateurs d'envoyer le mélange combustible dans son cylindre pendant que le piston de ce cylindre est dans la position de course motri- ce et des moyens pour obliger le mélange combustible à quitter ce pulvérisateur et à pénétrer dans le cylindre mis en communication au moment considéré,
le moteur pouvant ainsi être mis en marche depuis l'état de repos.-
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3 / Un régulateur d'allumage commun à tous les cy- lindres actionné par le mécanisme de commande du pul- vérisateur pour l'obliger à fermer le circuit électri- que concurrement à la sortie du mélange combustible du pulvérisateur.
4 / Un régulateur d'allumage commun à tous les pul- vérisateurs.
5 / Un mécanisme de commande du pulvérisateur compre- nant une came et son arbre destinés, lorsqu'ils sont ré- glés en position, à permettre au pulvérisateur d'envoyer le mélange combustible dans le cylindre pendant que le piston est dans sa position de course potrice.
6 / Un arbre à cames portant plusieurs cames, l'une ou l'autre de ces cames, par suite du réglage en position de l'arbre permettant à l'un des pulvérisateurs d'envoyer le mélange combustible dans son cylindre.-
7 Une liaison rotative entre l'arbre à cames et le vilebrequin, un système de levier pour actionner l'ar- bre à cames en vue de régler la position de la came quand le moteur est au repos, dans le but de permettre au pul- vérisateur d'envoyer le mélange combustible dans son cy- lindre, cette liaison rotative entre les deux arbres permettant à la came d'ouvrir périodiquement le pulvé- risateur pour maintenir le moteur en marche.-
8 Un levier pour commander la rotation de l'arbre à cames.
9 / Un mécanisme de commande pour le pulvérisateur de combustible destiné à fonctionner dans un rapport déterminé relativement à l'arbre vilebrequin pour permettre au pulvérisateur d'admettre le combustible dans le cylindre
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lorsque le piston occupe dans ce dernier une position située entre la basse pression et la pression maximum; l'injection pouvant se faire à une pression un peu su- périeure à ce taux de compression, l'hydrocarbure liquide étant réparti dans l'air du cylindre avant l'allumage.
10 / Un mécanisme entre le vilebrequin et l'arbre à cames pour les obliger à agir de concert dans un rapport prédéterminé tel que le pulvérisateur puisse admettre le combustible dans le cylindre. Ce mécanisme de commande permettant aux pulvérisateurs d'admette le mélange com- bustible successivement dans les divers cylindres lorsque leurs pistons respectifs se trouvent dans des positions comprises entre la basse pression et la pression maximum.
11 / Le mécanisme de commande détermine la position du régulateur à temps en vue de retarder l'allumage jus- qu'à peu avant ou après la compression maximum, l'injec- tion pouvant ainsi se faire à une pression un peu plus élevée que cette pression de compression, le combustible étant ainsi distribué dans l'air du cylindre avant l'al- lumage, ce dernier étant rétardé jusqu'à peu avant ou après la compression maximum.-
12 / Un mécanisme de commande de chaque pulvérisateur peur être réglé avant la mise en marche du moteur pour permettre au pulvérisateur d'admettre le combustible dans le cylindre quand le piston est dans la position de course motrice d'un coté du centre et qui peut être régle pendant la marche:
1 ) pour arrêter l'admission de combustible dans le cylindre, 2 ) pour permettre au pulvérisateur d'admet- tre le combustible lorsque le piston est dans sa position de course motrice de l'autre côté du centre,le moteur étant ainsi rendu réversible, et 3 ) pour régler à ce moment le régulateur à temps en vue de provoquer l'allumage.
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13 / Une alimentation d'hydrocarbure liquide et d'air comprimé en communication avec les pulvérisateurs, un ré- gulateur d'allumage à temps commun à tous les cylindres, un mécanisme de commande commun à tous les pulvérisateurs et au régulateur, destinés à ouvrir tous les pulvérisateurs successivement pour obliger le régulateur à fermer un circuit électrique pour chaque cylindre lorsque son piston est sensiblement au point de compression extrême ou a dépassé ce ppint.
14 / Un pulvérisateur de mélange combustible pour chaque cylindre destiné à recevoir l'hydrocarbure liquide et l'air sous pression pneumatique et à les transformer en un combustible semblable à un brouillard, un mécanis- me à air comprimé poux faire arriver ce mélange d'hydro- carbure liquide et d'air aux pulvérisateurs, un régulateur d'allumage à temps commun à tous les cylindres, un méca- nisme de commande commun à tous lespulvérisateurs et au régulateur,- 15 /Doux dispositiifs de leviers reliés à l'arbre µ. cames dont l'un est destiné à régler par rotation la posi- tion des cames par rapport aux pulvérisateurs et l'autre à régler longitudinalement la position des cames aussi par rapport aux pulvérisateurs.
16 / Dans un moteur à plusieurs cylindres des moyens permettant de mettre le moteur en marché lorsqu'il est dans la position de repos et de le maintenir en fonctionnement par l'action successive des cames produisant respective- ment l'ouverture des pulvérisateurs, tandis que le régula- teur à temps provoque la fermeture successive des cir- cuits électriques.
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17 / Une came pour chaque pulvérisateur, un engrenage hélic@ïdal entre l'arbre à cames et le vilebrequin un le- vier pour communiquer un mouvement de va et vient à un des éléments de l'engrenage hélicoïdal pour amener par rotation une came dans la position voulue pour commander l'ouverture d'un pulvérisateur, un régulateur d'allumage à temps et d'une transmission à vis sans fin entre le dit régulateur et l'arbre à cames, pour obliger le régu- lateur à temps à fermer le circuit électrique par rapport à l'instant où la came ouvre son pulvérisateur correspon- dant.
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18 Dans un moteur, la combinaison avec une suite de pulvérisateurs, d'un arbre à cames mobile rotativement et longitudinalement, une came sur cet arbre pour chaque pulvérisateur, les parties actives des cames étant amenées par degrés hors d'alignement de manière à actionner les pulvérisateurs l'un après l'autre, un levier au moyen duquel l'arbre à cames est mis en rotation pour amener les cames en position par rotation, et un autre levier au moyen du± quel l'arbre à cames et les cames sont mises en position longitudinalement en v ue de permettre aux cames d'action- ner les pulvérisateurs successivement.
19 La combinaison avec un cylindre de moteur, un piston, une bielle et un vilebrequin, d'un pulvérisateur monté dans la culasse du cylindre et pourvu de conduits d'hydrocarbure liquide et d'air, et d'une chambre de pul- vérisation à proximité de son extrémité inférieure, et des moyens pour créer la pression dans ces conduits pour produire un contact violent entre l'hydrocarbure et l'air, un régulateur d'allumage à temps et un mécanisme de com- mande pour ce pulvérisateur.-
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"Improvements to Internal Combustion Engines" Company called: The Marion Steam Shovel Company, Marion, Marion County, State of Ohio, United States of America.
The invention relates to internal cambus-on engines and, in particular, to engines of the type in which a combustible liquid is burnt inside the cylinder.
The invention relates in particular to the construction of an engine of reduced size and weight, capable of fulfilling all the functions of an internal combustion engine operating satisfactorily and continuously at low pressures of. compression and low injection pressures, economical in terms of fuel consumption under all load conditions, economical at all speeds;
allowing the use of liquid fuel of the least expensive, reversible qualities, without having to resort to a gear change device and which is started up automatically.
In internal combustion engines, heat of some form is required to ignite
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load. This heat is supplied by the electric spark or. by compression or in part by a lamp, bulb or hot coil. When one relies entirely or in part on the heat of the compression for the ignition of the load, it is necessary to have recourse to some foreign means to operate the starting of the engine from the position of rest where it is. is cold.
To produce the compression which must provide the necessary heat, the engine must be running and unless it is rotated by the ignition of the load, the rotation must be caused by an external action for example that of compressed air. By the effect of the rotation a suction is created in the cylinder to suck the charges, the fuel being pulverized or finely divided before the admission.
To ignite a combustible load at. By means of the electric spark, it must first be very finely divided or pulverized, and the charge in the finely divided state must first be admitted into the cylinder. This is what is happening. in the case of an automobile engine, but only with the most volatile liquid fuels, such as gasoline, but the automobile engine is not self-starting, it is started either at by hand or by means of an electric starter.
On the other hand, the automobile engine is not reversible without the intermediary of a gear change making it possible to change the direction of rotation, -
In internal combustion engines consuming liquid hydrocarbon, fuel is injected into the cylinder by means of compressed air or pressure
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mechanical, However, to produce compressed air requires a special installation which is cumbersome, heavy and expensive. The air coming from the same installation can be used to start the engine. In one of the most economical types of hydrocarbon engines, air is admitted into the injectors continuously at a pressure of about 56 to 70 kgs per square centimeter.
The charge of liquid hydrocarbon is sucked into the injectors and is proportional to the compression ratio. In general, the injection air is not proportional to the compression ratio or to the hydrocarbon charge. Therefore, for reduced compression ratios, the load is leaner than in the case of higher compression ratios. In addition, the expansion in the cylinder of the highly compressed injection air produces a cooling effect.
When, in an engine of this kind, the load is ignited by the heat of compression, it is essential to achieve a high compression to ensure ignition even of poor loads and also to overcome the cooling effect. compressed air, however, high compressions require heavy engines. The economy is also less with these engines because of the irregularity of the ignition at variable compression ratios, which is due to the accumulation of liquid fuel on the piston head or on the cylinder wall, as well as other drawbacks inherent in the direct atomization of fuel in the combustion chamber,
When you slow down the speed of an internal combustion engine, you increase the valve opening time.
If the fuel inlet is not adjusted,
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this intake per engine revolution will increase. Regardless of engine speed, the time it takes to open one valve per minute is the same. It can be seen from this that for each hour of running time at any speed, the valve opening time of an internal combustion engine, cam-controlled, will be the same for a same valve adjustment. This being the case, if the speed of an engine is slowed down by means other than throttling, the quantity of air admitted in cubic decimeters will be the same per minute, whatever the speed. This refers to the injection air or air used for atomizing fuel.
It is not a question here of the adjustment of the hydrocarbon inlet.
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Liquid bure since one seeks to Léar'.ltlèD4Iàsato8s1e8 engines, while it is not the same for the adjustment of the injection air. If the latter is not adjusted and the liquid hydrocarbon intake is adjusted, the quality of the charge will vary with the compression ratio reduced until, at compression ratios and ratios of ' When the compression is slowed, it is difficult to produce ignition.
To be more precise, one of the objects of the invention is to establish a light engine, of reduced space, in which the fuel and the atomization air are both perfectly regulated so that the quality of the charge is uniform, the cooling effect of the intake air can be reduced to a minimum and the engine can run economically at all practical speeds.
By the term "motor" we must understand not only the apparatus by means of which heat is transformed into rotary movement but the organization
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starting with the fuel, its adjustment, the control and operation of the mechanical parts of the engine, up to the distribution of motive power.
On the accompanying drawings: -
Fig. 1 is a plan view of an engine constructed in accordance with the invention.
Fig. 2 is the side view, and
Fig. 3 the end view.
Fig. 4 shows the fuel pressure adjustment device.
Figs. 5 & 6 show respectively, in an end view and in a side view, the control cam of the valve of the fuel sprayer.
Fig. 7 is the side view of the transmission used for cylinder selection and fuel intake adjustment. Fig. 8 is the end view.
Fig. 9 shows the fuel sprayer in vertical section.
Fig. 10 is the side elevation of the engine shown as a whole in FIGS. 1,) 2 & 3, part of the cylinders being removed or torn off to allow the position of the pistons to be seen; in these figures the parts occupy the desired position to allow the admission of a charge into cylinder I and the ignition, by spark, of this charge.
Fig. 11 is a plan view of the crankshaft and of the camshaft with their connecting transmission; it shows the choke lever 14 and the time adjustment lever 20.
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Fig. 12 is a vertical section taken along line 12-12 of FIG. 10, which shows one of the pistons and crankpins in the desired position for the driving stroke.
In order to better understand the invention, pn has chosen as an example its application to a two-stroke engine. The principle is the same here as in the case of the four-stroke engine, but the design is less complicated because it has a smaller number of parts.
I. fig. 1, 2 and 3 are the engine base or crankcase, 2 is the crankshaft, 3 is the flywheel and 4 is the coupling. At 5 are designated the cylinders of a four-stroke lotter. In the cylinder shells are placed the spark plugs 6 and the sprayers 7. The valves of the sprayers are controlled by rocker arms 8 controlled in turn by cams 9 mounted on the camshaft 10. The cams are housed in housings 11 shown in FIGS. 1 to 3. The toothed wheels which connect the crankshaft and the camshaft are arranged in housings 12 & 13. In figs. 7 & 8, levers 14-20 are shown in the vertical position for clarity, while they are shown in the horizontal position on figs 1 through 5.
On the crankshaft is mounted the toothed wheel 15 which actuates the toothed wheel 16 mounted on the transverse shaft 17. On the latter is mounted the toothed wheel 18 which meshes with the wheel 19 (toothed) mounted so as to be able to Coupling on the camshaft 10, so that while it
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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 lever 14 is used to slide the camshaft 10 longitudinally in its supports, the lever 20 makes it possible to slide the toothed wheel 19 longitudinally on the camshaft in order to modify its relation with the toothed wheel 15.
When the lever 14 is actuated, the conical cam 9, fig 5 & 6, moves relative to the rod 24 of the rocker arm.
When the camshaft is moved to the left as shown, the large circumference of the cam comes into active contact with the rocker arm roller, allowing the sprayer valve to open wider, and vice versa. When the lever 20 is operated, the angular ratio between the crankshaft and the camshaft is modified.
The distributor transmission 25 (fig. 1 & 2) is mounted on the camshaft as seen in figs.
1 & 2, therefore, the operation of the lever 20 changes not only the moment at which the fuel is admitted into a given cylinder, but also the moment at which the charge is ignited. ignition occurs electrically, although adjustments can be made to vary the instant at which the spark emerges from that of the fuel inlet, these actions occur almost synchronously.
The liquid hydrocarbon is amehé from a supply tank via line 26 and passes through a filter 27; it is sucked from the line 26 by the hydrocarbon pump 28, the piston 29 of which can be actuated by the finger 30
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connected to the butt of the air pump 31. This butt connected to the piston 32 of the air pump is actuated by eccentrics 33 mounted on the transverse shaft 17. The air pump which has been shown in the drawings is much larger in size than is necessary to supply air to the sprayer and, in the case of a ship's engine, it can be used to sound whistles and other uses, while the lower part of the pump can be used for water, bilge pump, etc ...
He was recognized. than an air compressor, whose cylinder has a cylindrical capacity of 1/2 to 1% of the. total displacement of. engine cylinder is fully sufficient for atomizing liquid hydrocarbon.
In other engines of the two-stroke type, the volume of the compressor is frequently 10 to 15%, du. displacement of. cylinder. -
The liquid hydrocarbon pump 28 sucks the latter in the pipe 40. Passing to the left in this pipe, FIG. 4, the liquid hydrocarbon enters the compensating tank 41 through the line 42 through the check valve 43. When the level of the liquid hydrocarbon in the tank 41 rises above the. desired level, float 44 rises, actuates valve 45 and allows liquid hydrocarbon to circulate 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. 4, designates the air pump and 48 the air tank, which are connected by the line to
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air 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 pipe 40 is also connected to the sprayers 7, see fig. . 1 & 2. Regardless of the pressure at which the air arrives in the compensating tank 41, the same pressure is exerted on the surface of the hydrocarbon therein.
Assuming that this pressure is 21 kgs per square centimeter, the air will be supplied to the sprayers 7 through lines 49 & 51, at the pressure of 21 kgs per square centimeter and the liquid hydrocarbon will be supplied to the sprayers through the tube 42 and driving
40 at the pressure of 21 kigs. per square centimeter. Regardless of the air pressure, that of the liquid hydrocarbon will be the same. If the pressure of the hydrocarbon in the conduits 40 & 42 rises above the air college, this rise is neutralized because the level of the hydrocarbon rising in the tank 41 opens the relief valve. circulation 45. The float 44 opens and communication is established between the interior and the exterior through the tube 52. The compressed air in the reservoir 41 also flows into the float 44.
If the air pressure drops, the air in the float expands and drives out any oil that may have entered it. This type of fleet, although open, still floats.
When starting the engine, it is first of all necessary to spray the fuel and the air contained in the lower part of the tank 41 is sufficient for this.
The check valves 43 and 50 are closed when the engine is stopped, but in the event that there should be a slow leak of compressed fluid at any point, it is necessary to
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can store a supply of compressed air in the small tank 48. In this case, the air necessary for starting is taken from the tank 48 instead of being supplied by the air pump, which of course does not work. In practice, the pressure in the tank is a little. greater than that of the cylinder, which can be approximately 8.5 kgs per square centimeter.
Even lower pressure than this is sufficient to atomize the fuel and if so. the storage tank 48 does not exist, the pressure can be reestablished without difficulty using an ordinary air pump for automobile gangs.
The air and the liquid hydrocarbon having brought to the same pressure, to the sprayers, everything is ready for the admission of a charge to the sprayer and to the cylinder.
Although any good sprayer of any type can be used capable of receiving air and liquid hydrocarbon, mixing them and producing, as described, the combustible mixture which will then be injected. in the motor cylinder, there is shown in fig.9 of the drawings, a sprayer which is described in detail in a patent of the Company called The Marion Steam shovel Company-of August 1, 1927-. 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 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 air mist and
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of hydrocarbon from entering the cylinder. Air enters the sprayer through conduits 67 & 68. From the latter it passes into annular chamber 69 and from there into mixing chamber through 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 small pipe 73 in the chamber. 74 formed around the valve stem and above the valve 64; the length of the time it takes for it to open and the size of its opening determine the quantity of hydrocarbon admitted into the chamber 65.
As soon as the air pressure is activated and the valves 45 & 50, fig. 4, are open, the air is compressed in the mixing chamber 65 and the liquid hydrocarbon is compressed at the same pressure in the chamber 74 above the valve 64. when the valve stem 63 descends, the air immediately circulates around chamber 65, encountering and dividing the film of oil which flows around valve 64. The mixture of air and atomized oil then enters the cylinder through valve 66 which now is open. This valve is annular in shape; it is provided with a rib 75 which
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directs the layer of pulverized hydrocarbon exiting the valve.
When the rod 61 is raised, the valve rod 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 disc type. rib which is retained in the head of the sprayer and the edge of which is taken below the bonnet, so as to prevent air from escaping from chamber 77 except through the
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valve 66. A very finely divided product or mist of hydrocarbon and air is thus obtained.
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To start the engine after a long shutdown and when the cylinder is so to speak 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 good that the fog that comes out through. valve 66 is sent through the ignition bridge which is made possible by the shape of the spray valve established in accordance with the invention.
To start an engine at low pressure, that of a motor car for example in which the pressure is on average about 4.5 kgs per square centimeter, it is necessary to use it at all times, for the ignition of electric spark or some other external agent because the heat supplied by the compression is not sufficient and, when the spark is used under these conditions, it will have to be retarded with respect to the fuel intake as soon as the engine has warmed up after starting.
When the engine is cold when it is started, it is necessary to send the hydrocarbon and the air or the combustible mixture through the spark to ensure ignition, that is to say that the spark will have to burst out at the very moment when the fuel is admitted or so. Once the engine is started and warmed up, the spark can be delayed with advantage compared to the fuel intake.
But when it comes to engines at higher pressures as soon as the engine is warmed up, the spark is set
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off and the explosion is produced by the heat of compression and the remaining heat. In this case he was noticed. ' that when the spark is turned off, the motor picks up a little speed, indicating that it is receiving more motive power from the same load. This can be attributed to the fact that when switched on, the spark ignites a raw, wet charge; this part of the work of combustion serves to transform the hydrocarbon mist into gas or, at the very least, to heat the mist.
When the spark is switched off, after the engine has warmed up, the load does not ignite until it has been converted to gas, or before it is hot enough, and the necessary heat is produced by compression and by the walls of the cylinder. This indicates that when the engine is running on spark, once the engine is heated, it is necessary to delay the spark with respect to the fuel intake, in order to allow the load the time required for its transformation of state. crude in the gaseous state or at least so that it is heated.
In some engines which are not those of the present system the pressure employed is from 35 kgs per square centimeter to 36 kgs per square centimeter approximately and it is necessary
24. 5 kgs per square centimeter for the firing of the load. The excess compression is necessary to compensate for the cooling effect of excess injection air.
In the present process, the pressure employed is about 8.5 kgs per square centimeter and the success achieved in igniting the charge by the heat of this low compression must be attributed in part to the observation of a suitable proportion between atomizing air and
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the liquid hydrocarbon to be sprayed and in part to the virtually complete elimination of any cooling effect due to the expansion of the injection air in the cylinder.
It has been said that an internal combustion engine cannot be self-starter, that it must be put into swimming using a crank or. by means of compressed air or another external agent. It has also been said that there is no internal combustion engine which is reversible without the aid of mechanical means. This system allows a cold engine to run in either direction. in the other, without having recourse to external means.
After switching on, the fuel load can be ignited by the heat of the low pressure. According to the invention, a mixture or. Combustible mist of uniform quality is produced by spraying a certain quantity of liquid hydrocarbon with a lower quantity by weight of compressed air at low pressure and this charge is ignited by means of the electric spark.
It is possible to continue to ignite by means of the spark or, as soon as the engine is hot, use for this purpose the heat of a fluid at low pressure.
To start an engine by this system, it is naturally necessary that the crankpin of the cylinder in which the load is to be ignited. ' is in the correct position, front or rear. In the case of an engine with one or two cylinders it may be necessary to stop the engine to bring it out of neutral, but, in the case of a four-cylinder engine, although two crankpins can be at a standstill, both
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others are not.
But before firing the load it is necessary to choose the front cylinder or the rear cylinder, as the case may be, which can be done by modifying the angle ratio between the camshaft. and the crankshaft. The selector device can be of any suitable type. In the example shown, a toothed wheel 15 mounted on the crankshaft actuates the toothed wheel 19 keyed on the camshaft
10, by means of the toothed wheels 16 & 18 mounted on the transverse shaft 17, fig. 7 & 8.
The admission of the combustible mixture is controlled by the position of the camshaft; the distributor is connected by gears to this same camshaft, consequently, when the camshaft is moved relative to the crankshaft, the ignition is also adjusted relative to the crankshaft.
To start the engine, the maneuver is as follows: first make sure that the lever 14 occupies the position indicated in dotted lines in FIG. 11, which is the normal position of the engine at rest. This has the effect of returning the cam actuators 9 mounted on the shaft 10 to one side of the rods 24 of the rocker arms.
The time adjustment lever 20 is then brought back from the position in solid lines to the position indicated in dotted lines in fig. 11, this movement being sufficient to rotate the camshaft by 10 0 degrees, which has the effect of effect of delaying the cams and, consequently, the moment of the injection and the bursting of the spark with respect to the upper dead center of the pistons the throttle lever 14 is then brought to the position indicated in solid lines, this movement having the effect
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to cause the cams 9 to return to their initial position in the extension of the rods 24 of the rocker arms.
The adjustment lever 20 is now returned to the position indicated in solid lines; this displacement of the lever 20 having the consequence of producing the contact of the actuator of one of the cams with the roller of the corresponding rocker arm 24, and consequently the lifting of the rod and the opening of the sprayer by actuating the rocker arm 8 and admitting a charge of fuel into the cylinder.
In the example shown, the injection will take place in the cylinder N 1 as indicated in FIG. 10.
To reverse the gear, assuming that the engine turns clockwise, lever 14 is operated so as to stop the fuel intake, lever 20 and camshaft are moved 100. degrees, both in the direction of clockwise, the lever 14 is operated to admit the fuel and the lever 20 is brought, by making it turn, in an anti-clockwise direction. watch, at the 12 o'clock position, the charge explosion will take place. then when the crank is in the sector between the 12 o'clock and 9 o'clock positions, or. immediately beyond it.
In the description of starting and operation which has just been given, the ignition is done electrically. It may be desirable, under certain conditions, to operate with the electric ignition while in other cases the ignition may be effected by the heat of compression and the remaining heat, To operate with the latter mode of ignition, we are running
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first with the electric ignition then, as soon as the cylinders are warmed up and the compression is sufficient, the spark is switched off. The charge admitted into the cylinder is, so to speak, of uniform quality and the quantity is varied by means of the throttle lever 14.
The pressure of the atomizing air may not exceed 4.22 kgs per square centimeter and even be lower, but for operation and especially when the ignition is produced by the heat of compression, the air pressure of spray should be a little higher than that of compression, which is about 8.5 kgs per square centimeter.
It is evident that when firing by compression is carried out, the spray pressure must be greater than the compression, otherwise the admission of the charge cannot take place.
Liquid hydrocarbon is sprayed to its inlet into the mixing chamber by the jets of compressed air which flow into the mixing chamber through tangential nozzles 70; the oil and air are then intimately mixed as they rotate and pass through the mixing chamber, the combustible mixture expanding to a pressure below that at which the mixture of oil and air enter the mixing chamber. mixing chamber and it follows that the speed of the jet as it leaves the sprayer is reduced.
It is good that the speed is low when the jet is going from the sprayer into the combustion chamber, this allows the jet to burn closer to the sprayer and before hitting the dirt in the cylinder.
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Spray pressure was discussed in the previous paragraphs and by this expression we should also understand the injection pressure.
In the example shown in the drawings, the ignition point is at the top of the vertical circle.
In other words, the mechanical arrangement is such that when the tip of the rocker arm control cams reaches the 12 o'clock position fuel is injected and the spark passes into the cylinder. The ignition point could be located at any other point on the vertical circle, its position being determined solely by the connection between the camshaft and the injection and ignition devices.
The word "retard" has been used to express a movement of the camshaft and of the injection and ignition devices whereby the position of the ignition point of a given cylinder is retarded with respect to that cylinder and crankpin; this also means that the ignition point is shifted forward or advanced on the circle of rotation of this crankpin. So for example if the ignition point is delayed by 90 degrees with respect to the crankpin and if the ignition point is at 12 o'clock during operation, the ignition point is then delayed by 90 degrees in front of the operating position. . The ignition is done at the 12 o'clock position as usual, but after the crankpin has passed this position by 90 degrees; the term delay generally has this acceptance in the engine industry.
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
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relates to the relative amounts determined by weight. So, for example, if we take about 28 cubic decimeters of air by braking one horse-power-hour (which is a really high figure) and about 270 grams of liquid hydrocarbon for an effort of braking one horsepower-hour (which is roughly the amount used), the weight of this amount of air will be about 35 grams for a braking force of one horse-hour . This assuming that there is free air at a temperature of approximately 200 °.
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 relative amounts, from there to degrees where the amount of air in the mist is certainly less than that of the liquid hydrocarbon. Thus, for example, 270 grams of hydrocarbon and approximately 23 cubic decimeters of air can be used, which approximately constitutes the expected ratio between the quantities of these elements making up the injection fuel.
Finally, as can be seen from the foregoing, the various characteristic points of the engine established in accordance with the invention are as follows: a) The ability to start it when it is cold, without the need for a starter or manual start. b) The injection of the combustible mixture into the air of the cylinder when the piston is at the low pressure points as seen above.
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c) The ability to change gear during operation either to change the crankshaft from the rotation being done in the direction of clockwise to the rotation in the opposite direction to that of the needles. 'a watch or vice versa.
Summary
Disclosed is an internal combustion engine which has the following distinctive features:
1 The combination with one or more cylinders comprising one or more pistons, one or more connecting rods and a crankshaft, of a fuel mixture sprayer per cylinder, of a control mechanism which, when the engine is at rest, may be set to allow the sprayer to send the combustible mixture into a cylinder while the piston is in the driving stroke position, and means to force the combustible mixture to leave the sprayer and enter a cylinder at this time, the engine can thus be started from the idle state.
2 'An engine; - with] several cylinders each comprising a connecting rod and a crankshaft common to all the cylinders of a fuel mixture sprayer for each cylinder, a control mechanism for these sprayers, which can be adjusted when the engine is at rest, to allow one of the sprayers to send the combustible mixture into its cylinder while the piston of that cylinder is in the driving stroke position and means for forcing the combustible mixture to leave this sprayer and to enter the cylinder placed in communication at the time considered,
the motor can thus be started from the idle state.
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3 / An ignition regulator common to all the cylinders actuated by the sprayer control mechanism to force it to close the electric circuit concurrently at the fuel mixture outlet of the sprayer.
4 / An ignition regulator common to all sprayers.
5 / A sprayer control mechanism comprising a cam and its shaft intended, when they are adjusted in position, to allow the sprayer to send the combustible mixture into the cylinder while the piston is in its position of. potrice race.
6 / A camshaft carrying several cams, one or the other of these cams, following the adjustment in position of the shaft allowing one of the sprayers to send the fuel mixture into its cylinder.
7 A rotary connection between the camshaft and the crankshaft, a lever system to actuate the camshaft in order to adjust the position of the cam when the engine is at rest, in order to allow the pul - actuator to send the combustible mixture into its cylinder, this rotary connection between the two shafts allowing the cam to periodically open the sprayer to keep the engine running.
8 A lever to control the rotation of the camshaft.
9 / A control mechanism for the fuel sprayer intended to operate in a determined ratio relative to the crankshaft to allow the sprayer to admit the fuel into the cylinder
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when the piston occupies in the latter a position between the low pressure and the maximum pressure; the injection being able to take place at a pressure a little higher than this compression ratio, the liquid hydrocarbon being distributed in the air of the cylinder before ignition.
10 / A mechanism between the crankshaft and the camshaft to force them to act in concert in a predetermined ratio such that the sprayer can admit the fuel into the cylinder. This control mechanism enables the sprayers to admit the combustible mixture successively into the various cylinders when their respective pistons are in positions between low pressure and maximum pressure.
11 / The control mechanism determines the position of the regulator in time with a view to delaying the ignition until shortly before or after maximum compression, the injection thus being able to take place at a pressure a little higher than this compression pressure, the fuel being thus distributed in the air of the cylinder before ignition, the latter being delayed until shortly before or after maximum compression.
12 / A control mechanism of each sprayer can be adjusted before starting the engine to allow the sprayer to admit fuel into the cylinder when the piston is in the driving stroke position on one side of the center and which can be regulated during the walk:
1) to stop the admission of fuel to the cylinder, 2) to allow the sprayer to admit fuel when the piston is in its driving stroke position on the other side of the center, thus making the engine reversible , and 3) at this time to set the regulator in time to cause ignition.
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13 / A supply of liquid hydrocarbon and compressed air in communication with the sprayers, an ignition regulator common to all the cylinders, a control mechanism common to all the sprayers and to the regulator, intended to open all sprayers successively to force the regulator to close an electrical circuit for each cylinder when its piston is substantially at the point of extreme compression or has exceeded this ppint.
14 / A fuel mixture sprayer for each cylinder intended to receive the liquid hydrocarbon and the air under pneumatic pressure and to transform them into a fuel similar to a mist, a compressed air mechanism to make this mixture arrive. liquid hydrocarbon and air to the sprayers, an ignition regulator common to all the cylinders, a control mechanism common to all the sprayers and to the regulator, - 15 / Soft levers connected to the shaft µ. cams, one of which is intended to adjust by rotation the position of the cams in relation to the sprayers and the other to adjust the position of the cams longitudinally also in relation to the sprayers.
16 / In an engine with several cylinders, means enabling the engine to be put into operation when it is in the rest position and to keep it in operation by the successive action of the cams respectively producing the opening of the sprayers, while that the time regulator causes the successive closing of the electrical circuits.
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17 / A cam for each sprayer, a helical gear between the camshaft and the crankshaft a lever to communicate a reciprocating movement to one of the elements of the helical gear to bring by rotation a cam in the desired position to control the opening of a sprayer, a timing ignition regulator and a worm transmission between said regulator and the camshaft, to force the regulator in time to close the electrical circuit with respect to the instant when the cam opens its corresponding sprayer.
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18 In an engine, the combination with a series of sprayers, a camshaft movable rotatably and longitudinally, a cam on this shaft for each sprayer, the active parts of the cams being brought by degrees out of alignment so as to actuate the sprayers one after the other, one lever by means of which the camshaft is rotated to bring the cams into position by rotation, and another lever by means of which the camshaft and the cams are positioned longitudinally in order to allow the cams to operate the sprayers successively.
19 The combination with an engine cylinder, piston, connecting rod and crankshaft, a sprayer mounted in the cylinder head and provided with liquid hydrocarbon and air conduits, and a spray chamber near its lower end, and means for creating pressure in these ducts to produce violent contact between oil and air, a timing ignition regulator and a control mechanism for this sprayer.