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" Perfectionnements apportés, au cycle thermique des moteurs à combustion interne utilisant des combustibles liquides ".
L'invention est relative au cycle thermique des .'moteurs à combustion interne utilisant des'combustibles liquides-.
Elle a pour but, surtout, de rendre ce cycle ther- mique tel qu'il soit plus rationnel- que jusqu'ici et permet- te d'obtenir un meilleur rendement thermique et une plus grande puissance massique.
Elle consiste, principalement, a. faire agir, si- multanément, dans la chambre de combustion, deux- liquides de propriétés différentes et tels, et dans.'des proportions relatives elles-mêmes telles, que, de par leur action mu- tuelle, ils assurent automatiquement la réaction exorther- mique indispensable à une combustion vive, rapide et com- plète ; ces deux liquides, dont l'un au moins est combusti- ble, sont introduits avec une légère avance l'un sur T'au- tre.
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Elle consiste, mise à part cette disposition prin- cipale, en certaines autres, dispositions, qui s'utilisent de préférence en même. temps et dont il sera. plus explici- tement parlé ci -après.
Elle vise'plus particulièrement certains modes de réalisation desdites dispositions; et elle vise plus parti- culièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les moteurs utilisant le cycle thermique compor- 'tant application de ces mêmes dispositions, ainsi que les éléments spéciaux. propres à l'établissement de ce cycle.
Et elle pourra, de toute façon, être bien compri- se à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin sont, bien entendu.,- donnés surtout à titre d'indication.
La fig. 1 de ce dessin montre le diagramme ther- mique d'un moteur à combustion interne dont le cycle thermi- que est établi conformément à l'invention.
La fig. 2, enfin, montre le diagramme thermique du cycle Diesel original et du cycle Diesel définitif.
Selon l'invention, et plus spécialement selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties aux- quels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, à supposer qu'on veuille obtenir un cycle thermique pour moteurs à combustion interne utilisant des combustibles liquides, on s'y prend comme suit, ou de façon analogue.
Il semble utile de donner, tout d'abord, les quel- ques explications qui suivent.
En cherchant les conditions auxquelles il y aurait lieu de satisfaire pour étendre le champ d'application des moteurs à combustion interne, champ qui, à cause de certains défauts, de fonctionnement desdits moteurs, est actuellement assez restreint -- le moteur à explosion étant, en effet, actuellement presque seul utilisé--, on trouve que ces conditions, faisant précisément l'objet de l'invention, sont celles qui amènent à une combustion vive, rapide et
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complète.
Les progrès réalisés dans les moteurs à combus- tion sont uniquement dus jusqu'ici à l'empirisme, Car, suivant la croyance énoncée que dans ces. moteurs la réac- tion de la combustion était toujours et forcément exother- mique, les constructeurs se sont surtout préoccupés d'uti- liser la chaleur qu'ils considéraient comme acquise que de rechercher les. moyens de créer cette chaleur en conformité des lois dérivées de la chimie théorique qui auraient pu' les mettre sur la voie..
La présente invention vise,, au. contraire, quelles sont les conditions nécessaires pour obtenir, dans un mo- . teur, une combustion exothermique., Elle s'appuie, à cet ef- fet, sur la théorie chimique généralement admise..
Pour obtenir une' combustion vive, rapide et com- plète qui résulte d'une réaction exorthermique, on utilise non plus comme jusqu'ici où, pendant presque toute la durée de la combustion, un seul fluide combustible intervenait, mais bien, simultanément, en outre du comburant, deux flui- des de propriétés différentes dont l'un au moins est com- bustible, les.dits fluides ayant, lors de leur introduction dans la chambre de combustion et à la fin de leur admission, une légère avance l'un sur l'autre, comme on le verra.dans ce qui suit, et étant tels, et dans des.proportions relati- ves elles-mêmes telles, qu'ils puissent empêcher les tempéra tures de la combustion de dépasser une valeur optimum au- dessus de laquelle la combustion tend à devenir endothermi- que.
Et on peut avantageusement atfoir recours, pour amélio- rer encore la combustion, et comme on le verra également dans ce qui suit, à une concentration du comburant et à une grande vitesse du piston.
Ces conditions de combustion vive, rapide et com- plète résultant d'une combustion exothermique, étant ainsi admises, il s'agit de les mettre judicieusement en oeuvre.
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Le grand principe qui se dégage de l'ensemble de ces lois est le suivant.
" Diriger la réaction de la combustion de telle manière et par tels moyens, qu'elle se poursuive tout en- tière dans une zone de température déterminée @ des influences réfrigérantes ".
En conformité de ce principe, conformément à l'in- vention, on agit comme suit.
On suppose, comme premier exemple, que l'un des deux fluides dont il a é.té question est une huile riche en hydrogène. On utilise, comme agent de réfrigération, de préférence de l'eau.
On pousse la compression de a à b (fig. 1) aussi loin que possible, ce qui augmente la température du com- burant et facilite l'inflammation del'huile pulvérisée. En b on admet le combustible; l'inflammation de l'huile est immédiate, grâce à la haute température dégagée par la gau- te compression du comburant.
Immédiatement et du fait même d'une combustion rigoureusement amorcée, la température tend à dépasser en c, pendant la plus grande partie de la durée de sa. combustion, la zone de température dont il a été parlé
On fait intervenir alors,en c, tout en continuant à injecter le combustible, une action réfrigérante énergique consistant à injecter de l'eau, de préférence distillée, en quantité telle, par rapport à celle du combustible, que,pen- dant toute la durée de la combustion, où la réaction tend à devenir endothermique, l'eau, par sa transformation en vapeur, absorbe une quantité de chaleur elle-même telle que la combustion ait lieu à une température voisine et au- dessous de la limite supérieure X Y.
L'injection de l'eau -- qui, de préférence, passe par le conduit même du pulvérisa- teur du combustible -- continue pendant un temps très court après que l'admission du combustible a été interrompue. Des essais, faits avec un moteur de dimensions appropriées tour- nant à une vitesse d'environ 1.200 tours à la minute, ont @
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permis d'obtenir un meilleur rendement lorsque l'avance réelle du combustible sur l'eau, c'est-à-dire 1*angle en degrés centigrades que décrivait la manivelle du moteur, entre le moment où le combustible pénétrait dans la chambre de combustion et le moment où. l'eau y pénétrait elle-même, était d'environ 8 à 10 ,
la durée d'injection totale étant de 40 environ et le retard de l'eau sur l'huile étant de 1 à
Cette continuation d'introduction d'eau a surtout pour but de constituer, étant à l'é.tat de vapeur, un cata- lyseur positif de tout premier ordre, ce qui favorise la rapidité et la perfection de l'allumage.
En outre, conformément encore à l'invention, pour accélérer et améliorer la combustion, on réalise la concen- tration du comburant par suralimentation, et la grande vîtes se du piston, résultant de la combustion exothermique, faci- lite encore la combustion et permet de diminuer le volume du fluide réfrigérant par rapport à celui du combustible.
On suppose, comme second exemple, que l'un des fluides à introduire dans la chambre de combustion est une huile pauvre en hydrogène et riche en carbone, telle que l'huile de goudron ; prendra avantageusement, comme agent de réfrigération, pour second fluide, de l'alcool. On s ait, en effet, que l'alcool dégage, lors de sa combustion, de l'eau suivant la loi chimique connue.
Mais, pour arriver au même résultat que précédem- ment, c'est-à-dire pour obtenir un cycle thermique plus ra- tionnel que jusqu'ici, on commence par admettre l'alcool qui, à la température élevée régnant dans la chambre de com- bustion, s'enflamme facilement. Ensuite on introduit l'hui- le de goudron qui, se trouvant dès son entrée"dans la cham- bre de combustion en présence de l'alcool enflammé, se met immédiatement à brûler. L'eau dégagée par l'alcool sert de réfrigérantet empêche les températures. de dépasser la zone favorable. L'admission dé l'huile es.t interrompue, comme
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dans le cas précédent, un peu avant celle de l'alcool.
Des essais à la même vitesse de 1.200 tours à la. minute que ci-dessus, ont donné, pour le rendement maximum, l'indication que l'avance de l'alcool sur l'huile doit être d'environ 4 à 7 lors de l'admission, et que le retard de l'alcool sur l'huile à la fin de l'admission doit être d'en- viron 1 à. 2 pour des introductions totales de 40 .
On voit donc que l'alcool, non seulement joue le rôle de réfrigérant à cause de l'eau qu'il produit, mais en- core celui de liquide d'allumage et de générateur d'un cata- lyseur approprié (vapeur d'eau).
Le diagramme représenté sur la fig. 1 met en évi- dence l'amélioration, apportée par l'invention, du cycle thermique du moteur considéré sur celui d'un moteur à combus tion ordinaire;les diagrammes représentés sur la fig. 2 in- diquent en trait plein le cycle thermique de ce dernier mo- teur et, en traits discontinus, le cycle thermique Diesel o- riginel. On voit clairement que la température (fig. 1) est, pendant tout le temps de la combustion, sensiblement unifor- me et égale à la température optimum., tandis que la tempéra- ture correspondante (fig. 2) dépasse ladite valeur optimum, la partie hachurée sur ladite f-ig. 2 montrant la différence entre les. deux: combustions.
En suite de quoi, on obtient, pour le moteur à combustion interne envisagé, un cycle thermique qui pré- sente, sur les cycles. thermiques des autres moteurs du mê- me genre actuellement en usage, entre autres avantages., d'assurer une combustion plus complète parce que exothermi- que, d'où meilleur rendement.; d'assurer également une combustion plus vive et plus rapide, d'où possibilité de faire tourner le moteur à une plus grande, vitesse ; et de permettre une plus grande puissance massique possible, d'où, pour le moteur, économie de fabrication, donc réduction du prix. de revient, et plus grande facilité @
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de transport.
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"Improvements made to the thermal cycle of internal combustion engines using liquid fuels".
The invention relates to the thermal cycle of internal combustion engines using liquid fuel.
Its main purpose is to make this thermal cycle such that it is more rational than hitherto and makes it possible to obtain better thermal efficiency and greater specific power.
It mainly consists of a. cause to act, simultaneously, in the combustion chamber, two liquids of different properties and such, and in relative proportions themselves such that, by their mutual action, they automatically ensure the exorther reaction - essential for a lively, rapid and complete combustion; these two liquids, at least one of which is combustible, are introduced with a slight advance one over the other.
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It consists, apart from this main provision, of certain other provisions, which are preferably used together. time and which it will be. more explicitly discussed below.
It relates more particularly to certain embodiments of said arrangements; and it relates more particularly still, and this as new industrial products, to the engines using the thermal cycle comprising the application of these same provisions, as well as the special elements. specific to the establishment of this cycle.
And it can, in any event, be clearly understood with the aid of the additional description which follows, as well as the appended drawing, which supplement and drawing are, of course., - given above all by way of indication .
Fig. 1 of this drawing shows the thermal diagram of an internal combustion engine the thermal cycle of which is established in accordance with the invention.
Fig. 2, finally, shows the thermal diagram of the original Diesel cycle and the final Diesel cycle.
According to the invention, and more especially according to those of the embodiments of its various parts to which it seems that preference should be given, assuming that one wishes to obtain a thermal cycle for internal combustion engines using liquid fuels, the procedure is as follows, or similar.
It seems useful to give, first of all, the following explanations.
By seeking the conditions which should be met in order to extend the field of application of internal combustion engines, a field which, because of certain faults in the operation of said engines, is currently quite restricted - the internal combustion engine being, indeed, currently almost the only one used--, it is found that these conditions, which are precisely the subject of the invention, are those which lead to a lively, rapid and
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complete.
The progress made in combustion engines has so far been due solely to empiricism, for, following the stated belief that in these. engines the reaction of combustion was always and necessarily exothermic, the manufacturers were especially preoccupied with using the heat which they took for granted than to seek them. means of creating this heat in accordance with the laws derived from theoretical chemistry which could have put them on the way.
The present invention aims ,, au. contrary, what are the conditions necessary to obtain, in a mo-. tor, exothermic combustion., It relies, for this purpose, on generally accepted chemical theory.
In order to obtain a lively, rapid and complete combustion which results from an exorthermic reaction, it is no longer used as hitherto where, during almost the entire duration of the combustion, a single combustible fluid intervened, but rather, simultaneously, in addition to the oxidizer, two fluids of different properties, at least one of which is combustible, the said fluids having, when they are introduced into the combustion chamber and at the end of their admission, a slight advance l 'one on top of the other, as will be seen in what follows, and being such, and in relative proportions themselves such, that they may prevent combustion temperatures from exceeding an optimum value above which combustion tends to become endothermic.
And one can advantageously use, in order to further improve the combustion, and as will also be seen in what follows, a concentration of the oxidizer and a high piston speed.
These conditions of lively, rapid and complete combustion resulting from an exothermic combustion, being thus accepted, it is a matter of judiciously implementing them.
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The main principle which emerges from all of these laws is the following.
"To direct the reaction of combustion in such a way and by such means, that it proceeds entirely in a zone of determined temperature @ refrigerant influences".
In accordance with this principle, in accordance with the invention, the following is done.
Assume, as a first example, that one of the two fluids in question is an oil rich in hydrogen. Water is preferably used as the coolant.
The compression from a to b (Fig. 1) is pushed as far as possible, which increases the temperature of the fuel and facilitates the ignition of the sprayed oil. In b we admit the fuel; the ignition of the oil is immediate, thanks to the high temperature released by the slight compression of the oxidant.
Immediately and due to the very fact of a rigorously initiated combustion, the temperature tends to exceed in c, during the greater part of the duration of its. combustion, the temperature zone referred to
In c, while continuing to inject the fuel, an energetic cooling action is then brought into play, consisting in injecting water, preferably distilled, in such quantity, with respect to that of the fuel, that, during the entire period. duration of combustion, where the reaction tends to become endothermic, water, by its transformation into vapor, absorbs a quantity of heat itself such that the combustion takes place at a temperature close to and below the upper limit X Y.
The injection of water - which preferably passes through the same line of the fuel atomizer - continues for a very short time after the fuel inlet has been interrupted. Tests, carried out with an engine of suitable size rotating at a speed of about 1,200 revolutions per minute, have @
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allowed to obtain a better efficiency when the real advance of the fuel over the water, that is to say the angle in degrees centigrade described by the crank of the engine, between the moment when the fuel entered the chamber of combustion and when. the water entered it itself, was about 8 to 10,
the total injection time being approximately 40 and the delay of the water on the oil being from 1 to
The main purpose of this continued introduction of water is to constitute, being in the vapor state, a positive catalyst of the very first order, which favors the rapidity and the perfection of the ignition.
In addition, still according to the invention, in order to accelerate and improve the combustion, the concentration of the oxidizer is achieved by supercharging, and the high speed of the piston, resulting from the exothermic combustion, further facilitates the combustion and allows to reduce the volume of the coolant relative to that of the fuel.
It is assumed, as a second example, that one of the fluids to be introduced into the combustion chamber is an oil poor in hydrogen and rich in carbon, such as tar oil; will advantageously take, as refrigerating agent, for second fluid, alcohol. We know, in fact, that alcohol releases water, during its combustion, according to the known chemical law.
But, in order to achieve the same result as before, that is to say to obtain a thermal cycle more rational than hitherto, we begin by admitting the alcohol which, at the high temperature prevailing in the chamber combustion, ignites easily. Then the tar oil is introduced which, being present as soon as it enters the combustion chamber in the presence of the flaming alcohol, immediately begins to burn. The water given off by the alcohol serves as a coolant and prevents the temperatures from exceeding the favorable zone The oil inlet is interrupted, as
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in the previous case, a little before that of alcohol.
Tests at the same speed of 1,200 laps. minute than above, gave, for the maximum yield, the indication that the advance of alcohol on the oil must be about 4 to 7 during the admission, and that the delay of the alcohol on the oil at the end of the intake should be about 1 to. 2 for total introductions of 40.
It can therefore be seen that alcohol not only plays the role of coolant because of the water it produces, but also that of ignition liquid and generator of an appropriate catalyst (vapor of water).
The diagram shown in fig. 1 demonstrates the improvement brought about by the invention in the thermal cycle of the engine considered over that of an ordinary combustion engine, the diagrams shown in FIG. 2 indicate in solid lines the thermal cycle of the latter engine and, in broken lines, the original Diesel thermal cycle. It can be seen clearly that the temperature (fig. 1) is, during the whole time of combustion, substantially uniform and equal to the optimum temperature, while the corresponding temperature (fig. 2) exceeds said optimum value, the hatched part on said f-ig. 2 showing the difference between. two: combustions.
As a result of which, for the internal combustion engine envisaged, a thermal cycle is obtained which presents on cycles. thermals of other engines of the same type currently in use, among other advantages., ensuring more complete combustion because it is exothermic, hence better efficiency .; to ensure also a more lively and faster combustion, hence the possibility of running the engine at a higher speed; and to allow a greater possible specific power, from where, for the engine, economy of manufacture, therefore reduction of the price. cost, and greater ease @
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transport.