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Perfectionnements relatifs aux moteurs compound à combustion interne.
Cette invention est relative aux moteurs compound à com- bustion interne du type comprenant deux cylindres à haute pression travaillant suivant le cycle à quatre temps, dont les gaz s'échappent alternativement dans un cylindre unique à basse pression dont le piston effectue une course de tra- vail à chaque révolution. Jusqu'à présent, les moteurs de cette espèce n'ont pas été utilisés en pratique par suite des difficultés que l'on a rencontrées et des inconvénients ré- sultant de certaines caractéristiques constructives adoptées
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ou proposées. La présente invention a pour- objet des perfec- tionnements propres à supprimer ces inconvénients et à per- mettre de surmonter les difficultés que l'on éprouve à faire fonctionner les moteurs de ce genre.
Les moteurs compound connus comprennent en général deux cylindres à haute pression disposés de part et d'autre d'un cylindre à basse pression, les trois cylindres étant placés en ligne avec leurs pistons agissant sur un vilebrequin com- mun. Les manivelles sur lesquelles agissent les pistons des cylindres à haute pression sont disposées d'une manière sem- . blable, de façon que les pistons de ces cylindres se meuvent simultanément dans le même sens, tandis que la manivelle sur laquelle agit le piston du cylindre à basse pression est dis- posée à environ 1800 par rapport aux manivelles des cylindres à haute pression.
Dans la culasse de chaque cylindre à haute pression sont ménagés des orifices commandés par des soupapes à levée servant respectivement pour l'admission des charges gazeuses et pour l'évacuation des gaz d'échappement qui se rendent par un conduit de transfert dans le cylindre à basse pression dont la culasse est munie d'une soupape d'échappe- ment. On suralimente généralement chaque cylindre à haute pres- sion au moyen de gaz fourni par une pompe disposée et comman- dée d'unemanière appropriée.
Dans ces constructions connues, la soupape de transfert est soumise à un dur service, étant donné qu'elle doit sup- porter des températures plus élevées que celles agissant sur la soupape d'échappement d'un moteur simple du type normal.
Il est donc nécessaire de donner à cette soupape de transfert une forme telle qu'elle soit capable de manipuler des gaz chauds à haute pression animés d'une grande vitesse. Les sou-
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papes à levée qui ont été utilisées jusque présent ne don- nent pas satisfaction du fait qu'elles sont imparfaitement refroidies et ne possèdent qu'une capacité limitée pour la manipulation de courants très chauds et, qu'en outre, l'expé- rience a montré que les conditions de fonctionnement sont trop dures pour que l'on puisse obtenir des résultats satis- faisants avec des soupapes de ce type.
Un autre point à considérer réside en ce que, à cause de la pression régnant dans le cylindre à basse pression pendant sa course de travail, au moment où dans l'un ou l'autre des cylindres haute pression le piston accomplit sa course d'aspiration, une soupape de transfert du type à levée a tendance à se soulever de son siège. Pour éliminer cet inconvénient, il est nécessaire de pourvoir cette soupape d'un ressort très puis- sant ou d'un autre dispositif équivalent, d'ou il résulte que le mécanisme de commande de la soupape doit développer un effort très élevé lorsqu'il doit soulever celle-ci.
On a trou- vé par exemple que dans le cas d'un moteur compound tel qu'il a été décrit ci-dessus dans lequel les cylindres à haute pression sont suralimentés, il fallait adjoindre à chaque soupape de transfert un ressort développant un effort d'en- viron 21 kg. par cm2 de surface de soupape, tandis que dans le cas d'un moteur ordinaire équivalent l'effort à développer par le ressort de la soupape d'échappement est de l'ordre de 2,1 kg par cm2 de surface de soupape.
Lorsque l'on utilise des soupape à levées, le conduit de communication entre les cylindres haute pression et le cylindre à basse pression devient nécessairement d'une lon- gueur appréciable et quelque peu (tortueux par suite de l'en- combrement dû à la tête et à la tige de la soupape, et du @
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coude situé à proximité de la partie rétrécie da conduit.
Tenant compte, d'une part, de la perte de chaleur considéra- ble subie par les gaz lors de leur passage au travers des conduits de transfert longs et tortueux, et d'autre part, des effets nuisibles produits par la haute température des gaz sur les soupapes, on doit conclure que le gain de puis- sance que l'on pourrait obtenir par l'emploi du compoundage devient illusoire. si l'on fait usage de soupapes du type à piston, on se heurte aux mêmes difficultés et désavantages qu'avec les sou- papes , levée, mais à un plus haut degré encore, puisque les conduits de transfert sont plus simeux que dans le cas de soupapes à levée.
Dans des moteurs de ce type, il est désirable que les soupapes de transfert s'ouvrent très rapidement, condition qui ne peut être réalisée avec les soupapes à levée dont le départ se fait arrêtér,et d'autre part, pour commander ces soupapes rapidement, leurs mécanismes de commande seraient soumis à une charge excessive. suivant la présente invention, des conduits de transfert courts et sensiblement rectilignes relient des lumières mé- nagées respectivement dans les parois des cylindres à haute pression et à basse pression et un fourreau de distribution unique disposé dans chaque cylindre à haute pression commande les lumières de transfert de ceux-ci par un mouvement combiné alternatif et oscillant.
En adoptant cette construction, il devient possible de disposer deux cylindres à haute pression tellement près d'un cylindre à basse pression recevant alter- nativement les gaz s'échappant des deux cylindres à haute pression, qu'il y ait juste la place nécessaire pour la chemise
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d'eau ou autre dispositif de refroidissement entre ces cy- lindres, ce qui permet de raccourcir les conduits de trans- fert reliant les cylindres à haute et basse pression étant donné qu'ils peuvent aller en ligne- droite des lumières ménagées dans les parois des cylindres à haute pression aux lumières correspondantes ménagées dans la paroi du cylindre à basse pression. Les lumières d'admission des cylindres à haute pression sont ménagées dans les parois de ces cylindres et commandées par les fourreaux mentionnés ci-dessus.
Le cylindre à basse pression présente dans sa culasse un ou plusieurs orifices d'échappement qui sont commandés par des soupapes à levée ou autres. De préférence, chaque cylindre à haute pression ne possède qu'une lumière de transfert mé- nagée dans sa paroi latérale et commandée par le fourreau mais il peut comporter deux ou plusieurs lumières d'admission.
Avec cette construction perfectionnée, il est possible non seulement de réduire matériellement la longueur des con- duits de transfert mais aussi de les former de telle manière qu'ils ne soient plus obstrués par des coudes ou autres obstacles comme c'est le cas lorsque l'on utilise des soupa- pes à levée. Chacun de ces conduits offre aux gaz une surfa- ce d'absorption de chaleur plus faible que dans le cas ou ils sont plus longs ou présentent une forme tortueuse. De là, il résulte que les gaz perdent moins de chaleur au cours du transfert et, conséquemment, les pertes de puissance du mo- teur sont réduites. La surface du fourreau exposée au courant de gaz chauds animé d'ungrande vitesse est faible, puis- qu'elle se réduit pratiquement aux parties avoisinant les arènes deslumières de transfert.
Le fourreau ne tend donc emmagasiner que peu de chaleur pendant letransfert des gaz, et cette chaleur peut en tout cas être rapidement dispersée
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puisque le fourreau étant animé d'un mouvement combiné al- ternatif et oscillant, se trouve en bon contact thermique avec le cylindre convenablement refroidi et avec la culasse de celui-ci qui, de préférence, se présente sous la forme d'un bouchon refroidi à l'eau inséré dans la partie supérieu- re du cylindre de façon à laisser entre lui et la paroi du cylindre un espace annulaire dans lequel le fourreau peut aller et venir. Il est évident qu'un fourreau ne nécessite aucun équilibrage de pressions, puisque les pressions qui agissent sur lui sont normales par rapport à sa direction de mouvement.
En outre, en utilisant un fourreau, on peut réaliser une ouverture rapide de la lumière de transfert, car au moment où la lumière s'ouvre, le fourreau se déplace à sa vitesse maximum ou µ peu près.
Il apparaît clairement que les fourreaux des cylindres haute pression jouent le rôle de soupapes d'admission pour le cylindre à basse pression tandisque, comme on l'a vu, l'échappement du cylindre basse pression est commande par une ou plusieurs soupapes à levée qui peuvent donner satis- faction puisque les gaz s'échappant du cylindre à basse pression sont plutôt plus froids que les gaz d'échappement d'un moteur ordinaire.
Au lieu d'utiliser des soupapes à levée pour commander l'échappement du cylindre à basse pression on peut faire usage de soupapes d'autres types connus. suivant une variante, on peut ménager dans les parois d cylindre à basse pression desorifices d'échappement dis- posés de façon qu'ils soient découverts par le piston lors- qu'il arrive à ou près de l'extrémité de sa course de tra- vail.
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La suralimentation des cylindres à haute pression peut être obtenue au moyen d'une pompe à mouvement alternatif dis- posée judicieusement et actionnée par le vilebrequin du mo- teur, l'air ou le gaz comprimé refoulé par la pompe passant de préférence à travers un réfrigérant vers les lumières d'admission des cylindres à haute pression. Si on le désire, on peut employer un turbo-souffleur actionné par les gaz d'échappement du cylindre à basse pression, cet appareil com- muniquant par lui même la pression à la charge ou faisant subir à celle-ci une précompression précédant sa compression subséquente dans une pompe à mouvement alternatif disposée comme il a été décrit plus haut.
En outre, si on le juge utile, la partie inférieure du cylindre à basse pression située en dessous du piston, ou les parties correspondantes des cylindres à haute pression, ou toutes ces parties, peu- vent ê-tre aménagées pour faire office de pompe de surali- mentation. Par exemple, une partie annulaire de la surface d'un, de plusieurs ou de tous les pistons peut être aménagée de façon à coopérer avec une disposition appropriée de cy- lindres en vue de remplir la fonction de pompe de suralimen- tation.
Dans le cas Où l'on utilise une pompe à mouvement al- ternatif, celle-ci est de préférence à simple effet et refou- le les gaz pendant les courses de descente des pistons des cylindres à haute pression. Cette façon de procéder fournit un couple de rotation plus uniforme puisque, normalement, l'énergie développée par le cylindre à haute pression par temps moteur est supérieure à celle du cylindre à basse pres- sion.
On peut procéder de diverses manières pour former les charges explosives et pour alimenter en combustible les cylin- dres à haute pression. Le cylindre peut ê-tre alimenté par un
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mélange de combustible et d'air, ce mélange étant formé soit avant l'admission dans le cylindre, soit pendant la course d'aspiration, suivant une variante, un combustible plus lourd peut être injecte directement dans le cylindre. En outre, le combustible peut être introduit dans le cylindre sous forme d'un mélange riche par uneou plusieurs lumières ménagées uniquement dans ce but, tandis que l'alimentation principale d'air a lieu par une lumière distincte.
Lorsque le moteur est du type dans lequel l'allumage des charges a lieu électriquement, par l'intermédiaire de bougies, par exemple, il peut être désirable de pourvoir chacune de celles-ci de dispositifs destinés à refroidir l'isolant et l'électrode centrale, soit par circulation d'huile soit. par courant d'air. Des moyens de refroidissement analogues peu- vent ê tre employés pour la soupape d'injection de combusti- ble dans le cas où le moteur travaille par injection de com- bustible.
L'invention peut être mise en pratique de diverses ma- niéres, toutefois un mode de construction de moteur à com- bustion interne compound est représenté à titre d'exemple en coupe et assez schématiquement sur le dessin annexé.
Dans la construction représentée, le moteur dont les cylindres à haute pression travaillent suivant le cycle à quatre temps comprend deux cylindres à haute pression A re- froidis par l'eau disposés de part et d'autre d'un cylindre à basse pression B refroidi par l'eau, les pistons A1 des cylindres à, haute pression et les pistons B1 des cylindres à basse pression agissant sur un vilebrequin unique C1 Par l'intermédiaire de bielles C. Les manivelles C2 sur lesquels agissent les pistons Al des cylindres à haute pression sont décalées de 180 par rapport à la manivelle C3 sur laquelle @
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agit le piston B1 du cylindre à basse pression.
A l'intérieur de chaque cylindre à haute pression est disposé un fourreau D commandant les lumières d'admission D1 et d'échappement D2 ménagées dans les parois du cylindre. Les lumières d'admission D1ciommuniquent avec une conduite d'admis- sion D3, tandis que les lumières d'échappement D2 communiquent par des conduits de transfert courts et rectilignes D4 avec l'intérieur du cylindre à basse pression B.
Chaque fourreau se meut à une vitesse égale à la moitié de celle du vilebre- quin et, à cet effet, on lui imprime de la façon connue un mouvement combiné oscillant et alternatif, sa partie supé- rieure se mouvant dans l'espace annulaire compris entre la paroi du cylindre et la paroi extérieure d'une culasse E en forme de bouchon refroidie à l'eau, contenant une chambre de combustion E1 de forme sensiblement conique et pourvue d'une bougie ou autre dispositif d'allumage analogue E2.
Une soupape d'échappement 2 du type à levée commande un orifice d'échappement F1 ménagé dans la culasse du cylindre basse pression B.
La conduite d'admission D3 communique par un dispositif de refroidissement G avec un compresseur H destiné à produire la suralimentation et qui, dans la construction représentée, est du type à piston à mouvement alternatif et comprend un cylindre H contenant un piston H1 actionné par une bielle reliée à la manivelle C4 du vilebrequin C1, le cylindre H étant pourvu d'orifices d'aspiration et de refoulement H2 et H3 commandés par des soupapes automatiques H4 et H5.
Le compresseur H est destiné à fournir un mélange de combusti- ble et d'air sous pression aux cylindres à haute pression A par l'intermédiaire de la conduite d'admission D3 et des
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lumières d'admission D1, le combustible étant mélangé avec l'air soit avant son entrée dans l'orifice d'admission H2 du compresseur soit en un point situé entre l'orifice de refoulement H3 du compresseur et les lumières d'admission D1 des cylindres à haute pression A.
La course de détente dans l'un des cylindres A est dé- calée de 3600 d'angle de rotation de vilebrequin par rapport à celle de l'autre cylindre A, de manière que les gaz sous pression soient déchargés dans le cylindre à basse pression B par l'un ou l'autre des cylindres à haute pression A par le conduit D4 correspondant et cela pendant chaque course descendante du piston à basse pression B1. En outre, les conduits D4 étant rectilignes et de longueur juste suffisante pour permettre le placement des chemises d'eau autour des cylindres A et B, il en résulte qu'une proportion relative- ment faible de chaleur est perdue dans les parois pendant le passage des gaz à travers celles-ci.
De même, la surface du fourreau D exposée aux gaz chauds animés d'une grande vitesse est réduite, étant donné qu'elle est pratiquement limitée à la partie du fourreau avoisinant les arê-tes des lumières d'échappement, d'où il s'en suit que le fourreau tend à n'absorber qu'une faible quantité de chaleur pendant le temps de l'échappement. La chaleur absorbée par le four- reau peut, en outre, être rapidement dispersée puisqu'il ne constitue à proprement parler qu'un tout avec le cylindre avec lequel il se trouve en contact thermique parfait et que la partie avoisinant, les lumières d'échappement, par suite du mouvement combiné alternatif et oscillant du fourreau, se meut vers le haut entre les parois refroidies du cylindre et la culasse cylindrique E formant bouchon.
D'autre part, la soupape d'échappement F peut fonctionner efficacement car la
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chaleur des gaz quittant le cylindre à basse pression par cette soupape est à tout le moins inférieure à celle des gaz d'échappement d'un moteur à combustion ordinaire. bien entendu, le cylindre.peut être disposé d'autres façon que celle représentée, pour autant que les conduits de transfert D4 soient courts et aussi rectilignes que pos- sible, et que l'on observe les relations correctes de phases entre les courses des pistons des cylindres à. haute pression et à basse pression.
Un ensemble tel que celui représenté, comprenant deux cylindres à haute pression et un seul éylindre à basse pres- sion, peut être utilisé isolément, mais il est préférable d'employer plusieurs unités que l'on combine soit en dis- posant tous les cylindres en ligne, soit en disposant plu- sieurs des unités en V, en étoile, ou en équerre. En outre, on peut employer un compresseur centrifuge ou autre au lieu du compresseur H représenté qui est du type à piston alternatif, ce compresseur étant actionné directement par le vilebrequin C1 ou par une turbine commandée par les gaz d'échappement sortant par l'orifice F1.
Les fourreaux D des cylindres à haute pression A sont, ainsi qu'il a été exposé, actionnés d'une manière connue de ragon à leur communiquer le mouvement oscillant et alterna- tif requis. Ainsi, le mouvement des fourreaux peut être dérivé d'un arbre tournant à la moitié de la vitesse de celle du vilebrequin et actionné par ce dernier de toute manière appropriée. Cet arbre tournant à demi-vitesse est de préfé- rence pourvu d'une ou plusieurs cames commandant par des mé- canismes appropriés la soupape d'échappement F. Les dé- tails de construction peuvent varier suivant les exigences et diverses formes constructives connues peuvent être adoptées
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si on le désire pour les cylindres haute pression, le fourreau: et d'autres parties du moteur.
Par exemple, bien qu'il soit préférable d'appliquer l'invention à un moteur comportant un vilebrequin à trois manivelles sur lesquelles agissent les pistons des trois cylindres comme on l'a représenté, il est bien entendu que l'on peut substituer au vilebrequin normal un plateau oscillant ou tout autre mécanisme destiné à convertir le mouvement alternatif en mouvement rotatif. A noter égale- ment, que le moteur perfectionné établi suivant cette inven- tion peut être conçu de façon à pouvoir être refroidi par l'eau, l'air ou par d'autres moyens.
REVENDICATIONS
1.- Moteur à combustion interne compound du type indi- qué, caractérisé par la combinaison de conduits de transfert courts et sensiblement rectiligne reliant des lumières mé- nagées dans les parois des cylindres à haute et basse pres- sion, avec un fourreau unique disposé à l'intérieur de cha- que cylindre haute pression et commandant les conduits de transfert, chaque fourreau étant animé d'un mouvement com- biné alternatif et oscillant.
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Improvements relating to compound internal combustion engines.
This invention relates to internal combustion compound engines of the type comprising two high-pressure cylinders operating in the four-stroke cycle, the gases of which escape alternately in a single low-pressure cylinder, the piston of which performs a trailing stroke. - applies to each revolution. Until now, motors of this kind have not been used in practice owing to the difficulties which have been encountered and the drawbacks resulting from certain construction characteristics adopted.
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or proposed. The object of the present invention is to make improvements capable of eliminating these drawbacks and of making it possible to overcome the difficulties encountered in making engines of this type operate.
Known compound engines generally comprise two high pressure cylinders arranged on either side of a low pressure cylinder, the three cylinders being placed in line with their pistons acting on a common crankshaft. The cranks on which the pistons of the high pressure cylinders act are arranged in a sem- manner. This can be done so that the pistons of these cylinders move simultaneously in the same direction, while the crank on which the piston of the low-pressure cylinder acts is disposed about 1800 from the cranks of the high-pressure cylinders.
In the cylinder head of each high pressure cylinder are formed orifices controlled by lift valves serving respectively for the admission of the gaseous charges and for the evacuation of the exhaust gases which flow through a transfer duct in the cylinder to low pressure, the cylinder head of which is fitted with an exhaust valve. Each cylinder is generally supercharged at high pressure with gas supplied by an appropriately arranged and controlled pump.
In these known constructions, the transfer valve is subjected to severe service, since it must withstand higher temperatures than those acting on the exhaust valve of a single engine of the normal type.
It is therefore necessary to give this transfer valve a shape such that it is capable of handling hot gases at high pressure animated at a high speed. The sou-
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Lifting pops which have been used heretofore are unsatisfactory because they are imperfectly cooled and have only a limited capacity for handling very hot currents and, moreover, the experience has shown that the operating conditions are too harsh to obtain satisfactory results with valves of this type.
Another point to be considered is that, because of the pressure prevailing in the low pressure cylinder during its working stroke, at the moment when in one or the other of the high pressure cylinders the piston completes its working stroke. suction, a lift-type transfer valve tends to lift from its seat. To eliminate this drawback, it is necessary to provide this valve with a very powerful spring or other equivalent device, from which it follows that the operating mechanism of the valve must develop a very high force when it is used. must lift it.
It has been found, for example, that in the case of a compound engine such as that described above in which the high pressure cylinders are supercharged, it is necessary to add to each transfer valve a spring developing a force d. about 21 kg. per cm2 of valve area, while in the case of an equivalent ordinary engine the force to be developed by the spring of the exhaust valve is of the order of 2.1 kg per cm2 of valve area.
When lift valves are used, the communication duct between the high pressure cylinders and the low pressure cylinder necessarily becomes of appreciable length and somewhat (tortuous as a result of the bulkiness due to the valve head and stem, and @
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elbow located near the narrowed part of the duct.
Taking into account, on the one hand, the considerable heat loss undergone by the gases during their passage through long and tortuous transfer conduits, and on the other hand, the harmful effects produced by the high temperature of the gases on the valves, we must conclude that the gain in power that could be obtained by the use of compounding becomes illusory. If piston-type valves are used, the same difficulties and disadvantages are encountered as with lift valves, but to a still greater degree, since the transfer ducts are more similar than in the valve. case of lift valves.
In engines of this type, it is desirable that the transfer valves open very quickly, a condition which cannot be achieved with the lift valves the departure of which is stopped, and on the other hand, to control these valves rapidly. , their operating mechanisms would be subjected to an excessive load. according to the present invention, short and substantially rectilinear transfer conduits connect openings formed respectively in the walls of the high pressure and low pressure cylinders and a single distribution sleeve arranged in each high pressure cylinder controls the transfer openings. of these by a combined reciprocating and oscillating movement.
By adopting this construction, it becomes possible to have two high pressure cylinders so close to a low pressure cylinder alternately receiving the gases escaping from the two high pressure cylinders, that there is just enough room for them. shirt
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water or other cooling device between these cylinders, which makes it possible to shorten the transfer conduits connecting the high and low pressure cylinders since they can go in a straight line from the openings in the walls from the high pressure cylinders to the corresponding openings in the wall of the low pressure cylinder. The admission ports of the high pressure cylinders are formed in the walls of these cylinders and controlled by the sleeves mentioned above.
The low pressure cylinder has in its cylinder head one or more exhaust ports which are controlled by lift valves or the like. Preferably, each high pressure cylinder has only one transfer port formed in its side wall and controlled by the sleeve, but it may include two or more intake ports.
With this improved construction, it is not only possible to reduce materially the length of the transfer conduits but also to form them in such a way that they are no longer obstructed by bends or other obstacles as is the case when the lift valves are used. Each of these conduits offers the gases a lower heat absorption surface than if they are longer or have a tortuous shape. Hence, it follows that the gases lose less heat during the transfer and, consequently, the power losses of the motor are reduced. The area of the barrel exposed to the flow of hot gases animated at a high speed is small, since it is practically reduced to the parts adjacent to the arenas of the transfer lights.
The sheath therefore tends to store only a little heat during the transfer of the gases, and this heat can in any case be rapidly dispersed.
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since the sleeve being driven by a combined alternating and oscillating movement, is in good thermal contact with the suitably cooled cylinder and with the cylinder head of the latter which, preferably, is in the form of a cooled plug with water inserted in the upper part of the cylinder so as to leave between it and the wall of the cylinder an annular space in which the sleeve can come and go. It is obvious that a sleeve does not require any pressure balancing, since the pressures acting on it are normal with respect to its direction of movement.
In addition, by using a sleeve, one can achieve rapid opening of the transfer lumen, because as the lumen opens, the sleeve moves at its maximum speed or approximately µ.
It clearly appears that the sleeves of the high pressure cylinders play the role of inlet valves for the low pressure cylinder while, as we have seen, the exhaust of the low pressure cylinder is controlled by one or more lift valves which can be satisfying since the gases escaping from the cylinder at low pressure are rather cooler than the exhaust gases of an ordinary engine.
Instead of using lift valves to control the exhaust from the cylinder at low pressure, use may be made of valves of other known types. alternatively, exhaust ports may be provided in the low pressure cylinder walls so arranged that they are exposed by the piston when it arrives at or near the end of its travel stroke. - vail.
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The supercharging of the cylinders at high pressure can be obtained by means of a reciprocating pump conveniently arranged and actuated by the engine crankshaft, the compressed air or gas delivered by the pump preferably passing through a refrigerant to the intake ports of the high pressure cylinders. If desired, it is possible to use a turbo-blower actuated by the exhaust gases of the cylinder at low pressure, this device by itself communicating the pressure to the load or subjecting the latter to a precompression preceding its compression. subsequent in a reciprocating pump arranged as described above.
In addition, if deemed useful, the lower part of the low pressure cylinder below the piston, or the corresponding parts of the high pressure cylinders, or all of these parts, may be fitted to act as a pump. overfeeding. For example, an annular portion of the surface of one, more or all of the pistons may be arranged to cooperate with an appropriate arrangement of cylinders to perform the function of a booster pump.
In the case where a reciprocating pump is used, this is preferably single-acting and delivers the gases during the lowering strokes of the pistons of the high pressure cylinders. This procedure provides a more uniform torque since, normally, the energy developed by the cylinder at high pressure per running time is greater than that of the cylinder at low pressure.
A number of ways can be done to form the explosive charges and to fuel the high pressure cylinders. The cylinder can be supplied by a
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mixture of fuel and air, this mixture being formed either before admission to the cylinder or during the suction stroke, according to a variant, a heavier fuel can be injected directly into the cylinder. Further, the fuel may be introduced into the cylinder as a rich mixture through one or more lumens provided solely for this purpose, while the main supply of air takes place through a separate lumen.
When the engine is of the type in which the ignition of the charges takes place electrically, by means of spark plugs, for example, it may be desirable to provide each of these with devices for cooling the insulator and the electrode. central, either by oil circulation or. by air current. Similar cooling means can be employed for the fuel injection valve in the case where the engine works by fuel injection.
The invention can be put into practice in various ways, however one embodiment of a compound internal combustion engine is shown by way of example in section and rather schematically in the accompanying drawing.
In the construction shown, the engine, the high pressure cylinders of which operate according to the four-stroke cycle, comprises two water-cooled high pressure cylinders A arranged on either side of a cooled low pressure cylinder B by water, the pistons A1 of the high pressure cylinders and the pistons B1 of the low pressure cylinders acting on a single crankshaft C1 By means of connecting rods C. The cranks C2 on which the pistons Al of the high pressure cylinders act pressure are offset by 180 relative to the C3 crank on which @
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acts the piston B1 of the cylinder at low pressure.
Inside each high pressure cylinder is arranged a sleeve D controlling the intake D1 and exhaust D2 ports formed in the walls of the cylinder. The intake ports D1c communicate with an intake duct D3, while the exhaust ports D2 communicate via short, straight transfer ducts D4 with the interior of the low pressure cylinder B.
Each sleeve moves at a speed equal to half that of the crankshaft and, for this purpose, it is imparted in the known manner a combined oscillating and reciprocating movement, its upper part moving in the annular space included. between the cylinder wall and the outer wall of a plug-shaped cylinder head E cooled with water, containing a combustion chamber E1 of substantially conical shape and provided with a spark plug or other similar ignition device E2.
An exhaust valve 2 of the lift type controls an exhaust port F1 provided in the cylinder head of the low pressure cylinder B.
The intake duct D3 communicates by a cooling device G with a compressor H intended to produce the supercharging and which, in the construction shown, is of the reciprocating piston type and comprises a cylinder H containing a piston H1 actuated by a connecting rod connected to crank C4 of crankshaft C1, cylinder H being provided with suction and discharge ports H2 and H3 controlled by automatic valves H4 and H5.
The compressor H is intended to supply a mixture of fuel and pressurized air to the high pressure cylinders A via the inlet line D3 and the
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intake ports D1, the fuel being mixed with the air either before entering the inlet H2 of the compressor or at a point between the discharge port H3 of the compressor and the inlet ports D1 of the high pressure cylinders A.
The expansion stroke in one of the cylinders A is offset by 3600 crankshaft rotation angle from that of the other cylinder A, so that the pressurized gases are discharged into the cylinder at low pressure. B by one or the other of the high pressure cylinders A by the corresponding duct D4 and this during each downward stroke of the low pressure piston B1. In addition, the ducts D4 being rectilinear and of just sufficient length to allow the placement of the water jackets around the cylinders A and B, it follows that a relatively small proportion of heat is lost in the walls during the passage. gases through them.
Likewise, the area of the sleeve D exposed to hot gases at high speed is reduced, since it is practically limited to the part of the sleeve bordering the edges of the exhaust ports, from which it s 'It follows that the sleeve tends to absorb only a small amount of heat during the time of the exhaust. The heat absorbed by the sleeve can, moreover, be rapidly dispersed since it constitutes strictly speaking only one whole with the cylinder with which it is in perfect thermal contact and that the neighboring part, the lights of exhaust, as a result of the combined reciprocating and oscillating movement of the sleeve, moves upward between the cooled walls of the cylinder and the cylindrical cylinder head E forming a plug.
On the other hand, the exhaust valve F can work efficiently because the
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The heat of the gases leaving the cylinder at low pressure through this valve is at least less than that of the exhaust gases of a regular combustion engine. of course, the cylinder can be arranged other than that shown, provided that the transfer conduits D4 are short and as straight as possible, and that the correct phase relationships between the strokes of the pistons of cylinders to. high pressure and low pressure.
An assembly such as that shown, comprising two high pressure cylinders and a single low pressure cylinder, can be used in isolation, but it is preferable to employ several units which are combined either by arranging all the cylinders. in line, either by arranging several units in V, in star, or in square. In addition, it is possible to employ a centrifugal compressor or the like instead of the compressor H shown which is of the reciprocating piston type, this compressor being actuated directly by the crankshaft C1 or by a turbine controlled by the exhaust gases exiting through the orifice. F1.
The sleeves D of the high pressure cylinders A are, as has been stated, actuated in a known manner so as to impart to them the required oscillating and reciprocating motion. Thus, the movement of the sleeves can be derived from a shaft rotating at half the speed of that of the crankshaft and actuated by the latter in any suitable manner. This half-speed rotating shaft is preferably provided with one or more cams controlling by suitable mechanisms the exhaust valve F. The construction details may vary according to requirements and various known construction forms may vary. be adopted
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if desired for the high pressure cylinders, the sleeve: and other parts of the engine.
For example, although it is preferable to apply the invention to an engine comprising a crankshaft with three cranks on which act the pistons of the three cylinders as has been shown, it is of course possible to substitute for Normal crankshaft a swash plate or other mechanism intended to convert reciprocating motion into rotary motion. It should also be noted that the improved engine established according to this invention may be designed so that it can be cooled by water, air or other means.
CLAIMS
1.- Compound internal combustion engine of the type indicated, characterized by the combination of short and substantially rectilinear transfer conduits connecting openings in the walls of the high and low pressure cylinders, with a single sleeve arranged inside each high pressure cylinder and controlling the transfer ducts, each sleeve being driven by a combined reciprocating and oscillating movement.