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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.