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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERIM DU TYPE DIESEL, SEMI-DIESEL, A ALLUMAGE PAR COMPRESSION
OU A INJECTION,
La présente invention est relative à des per- fectionnements aux moteurs à combustion interne du type Diesel, c'est-à-dire dans lesquels la charge est allumée spontanément par compression, ou à des moteurs du type semi-Diesel dans lesquels cet allumage est aidé par un tube chaud ou analogue, ces moteurs étant également connus sous le nom de moteurs à allumage par compression ou à injection. L'invention est applicable aux moteurs à combustion interne à deux ou à quatre temps ou Eux moteurs à combustion interne à double effet et aux moteurs dans lesquels les cylindres sont disposés radialement, parallè- lement, inclinés l'un par rapport à l'autre, ou autrement.
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Dans les moteurs du type décrit, à cause des rapports de compression extrêmement élevés et des pressions nécessaires pour allumer la charge spontanément et des pressions d'explosion élevées qui en résultent, les divers éléments constitutifs du moteur doivent être très lourds.
Par conséquent le poids du moteur par unité de puissance développée est également élevé; c'est pourquoi il n'a pas été possible d'adopter communément avec succès ce type de moteur pour plusieurs usages tels que les moteurs d'aéro- planes, et ce facteur a pour résultat un coût de production élevé.
La présente invention a pour objet d'éviter ce désavantage et consiste en un moteur à combustion interne du type indiqué dans lequel le rapport de compression peut être réduit sans réduire la température de compression qui est maintenue par l'addition des produits résiduels chauds y compris de l'air non brûlé.
L'invention sera maintenant décrite à titre d' exemple en se reportant aux dessins schématiques ci-joints dans lesquels : Fig.l est une élévation sectionnelle longitudi- nale.d'un moteur à deux temps à trois cylindres.
Fig.2 est une coupe du premier cylindre de la fig.l.
Fig.3 est une coupe du second cylindre de la fig.l.
Fig. 4 est une coupe du troisième cylindre de la fig.l.
Fig.5 montre un piston dans sa position extrême.
Fig.6 montre un détail.
En se reportant aux dessins, trois cylindres 1, 2 et 3, sont montes l'un à côté de l'autre et sont munis de trois pistons 4 actionnant l'arbre coudé 5 par l' intermédiaire de bielles 6. Les cylindres sont formés par
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des manchons 7 actionnés par des excentriques 8, ces man- chons étant animés d'un mouvement alternatif en phase avec les pistons. Des chemises de refroidissement 9 sont munies autour des manchons pour le fluide de refroidissement lequel de préférence dans le cas où le combustible est l'huile, se trouve en contact direct avec les manchons.
En se reportant aux figs. 2, 3 et 4, les manchons 7 sont munis de lumières d'échappement 10 qui agissent ensemble avec des passages d'échappement 11 et avec des lumières d'admission 12, ces dernières agissant ensemble avec des passages d'admission 13 et avec d'autres passages de by-pass ou canaux 14 qui relient ensemble les trois cylindres. Les têtes de cylindres sont munies d'espaces de refroidissement 15 qui communiquent avec les chemises 9 par des lumières 16, 17, la lumière 17 étant fermée par le manchon 7 excepté à l'extrémité de la course lorsqu'elle est ouverte. Le liquide de refroidissement est pompé dans la chemise par les passages 17. On préfère employer l'huile combustible comme liquide de refroidissement mais de l'eau peut être employée si on le désire.
Toute soupape d'injection convenable peut être prévue.
Le fonctionnement du moteur est cornue suit : Le piston 4 dans le cylindre 2 comme montré dans les figs.
1 et 3 est dans la course descendante et vient de découvrir le canal 14 par la lumière 12 de sorte que les gaz d'échappe- ment chauds sortent et passent le long du canal dans le cylindre 3 comme montré dans la fig.4 qui a reçu sa charge d'air et effectue la course vers le haut, ou course de compression. Le piston 4 dans le cylindre 2 descend encore avec le manchon 7 qui découvre le passage d'admission 13 et le passage d'échappement 11 de sorte que la charge d'air qui entre chasse le gaz d'échappement. Le piston 4 monte
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dans le cylindre 3 et la communication avec le canal 14 est fermée. La compression continue et lorsque le piston est en haut de sa course le combustible est injecté dans le cylindre et s'allume immédiatement.
Il estbien entendu que les gaz d'échappement peuvent passer dans le cylindre en n'importe quelle posi- tion du piston ,,;Il réglant le moment de fonctionnement des soupapes ou en faisant varier l'angle de décalage des manivelles du moteur.
Le passage d'une certaine quantité de gaz d'échap- pement chauds dans la charge d'air froid dans la course de compression élève la température de la charge de sorte que avec des rapports de compression réduits la température est maintenue suffisamment élevée pour allumer le combustible lorsqu'il est injecté dans le cylindre. Par exemple, on peut réduire le rapport de compression depuis 12 à 1 jusque 8 à 1. De cette manière, les pressions de compres- sion peuvent être considérablement réduites en réduisant ainsi le poids de la machine, ou alternativement on peut obtenir des températures plus élevées et une combustion plus rapide.
La fig.5 montre le canal d'admission et d'échap- pement découvert lorsque la charge d'air froid est admise pour chasser les gaz d'échappement par le passage 11.
Comme la pression etla température à la fin de la course de détente dépendent du rapport de la détente, il est possible d'obtenir une température de compression suffisante pour allumer le combustible par une série compa- rativement étendue de rapports de compression. Il est par conséquent possible d'adapter le rapport de compression à la pression maxima à laquelle un moteur donné doit résis- ter. Il est particulièrement important de transférer la
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chaleur rapidement pendant le temps court pendant lequel les lumières de by-pass sont ouvertes et d'obtenir un grand effet de balayage et de refroidissement pendant que les lumières d'admission et d'échappement sont ouvertes.
Afin d'obtenir ce résultat, le canal de by-pass
14 est fait aussi court et aussi près du cylindre que pos- sible et peut être bien enveloppé ou si on le désire être fait à double paroi parcourue par l'échappement multiple.
Un court canal 14 est convenablement obtenu en groupant les cylindres en unités de trois comme montré dans la fig.l @ avec les manivelles espacées de 120 . Dans le cas de moteurs radiaux le by-pass peut se trouver entre les cylindres adjacents.
La seule soupape à manchon illustrée dans le dessin a été trouvée très avantageuse car elle se meut avec le piston et par conséquent l'excentrique a très peu de tra- vail à faire autre que de limiter la course du manchon et de régler le moment du fonctionnement. Il est bien entendu que toutes autres soupapes peuvent être employées, telles que des soupapes tubulaires ou rotatives.
Si on le désire des trous de passage peuvent être prévus dans la tête ou dans le manchon lorsqu'ils sont refroidis par de l'huile combustible de sorte que l' huile puisse lubréfier les bagues de tension du piston.
Par son contact avec le manchon l'huile combustible lubréfie les surfaces de butée extérieures du manchon.
Dans le cas d'un moteur à quatre temps, l'échappe- ment multiple peut être supprimé surtout dans les moteurs d'aviation puisque la température d'échappement finale et la pression sont basses à cause de la plus grande détente ,dans le moteur Diesel ou semi-Diesel et ces température et ont été pression/réduites davantage en dérivant une partie des gaz chauds dans un autre cylindre. De plus, la lumière d'échappement peut agir également comme lumière d'admission,
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ou bien les lumières d'échappement et d'admission peuvent être disposées pour s'ouvrir et se fermer simultanément.
En faisant varier convenablement le moment du fonctionnement de la soupape à manchon, le contrôle de la sortie des gaz chauffés lors de la course .de travail ef- fectif peut être avancé et le moteur peut ainsi être employé pour obtenir une pression suffisante pour pouvoir démarrer lorsqu'il est froid ou bien ce démarrage peut être facilité par l'emploi d'un tube chaud, d'étincelle électrique et par d'autres moyens. Si, en connexion avec une variation de retardement du moment de fonctionnement de la soupape de by-pass l'injection de combustible est également variée d'une manière convenable, la marche du moteur peut être renversée.
Pour faire démarrer le moteur, le piston peut par exemple être prévu d'une électrode 18 (fig.6) laquelle en haut de la course formera un intervalle pour l'étincelle entre sli-même et l'électrode isolée 19 dans la tête du cylindre, de sorte qutune étincelle à haute tension peut se produire et allumer la charge ou bien le piston peut actionner un dispositif d'allumage à basse tension. Ou bien la pompe à combustible peut être employée pour fonc- tionner comme dispositif régulateur pour le courant à haute tension par la bougie dtallumage habituelle à deux pôles.
Dès que la charge dans un cylindre s'est allumée, les gaz chauds sont dérivés vers le cylindre suivant pour effectuer l'allumage et d'autres moyens d'allumage que la température de compression ne sont pas nécessaires. Lors- qu'un moteur de démarrage est employé, l'interrupteur peut exercer la fonction double de fournir l'énergie au moteur et aux moyens d'allumage électriques.
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Il est essentiel que la température de compres- sion soit tenue aussi haute que possible et par conséquent qu'un refroidissement aussi faible que possible ait lieu pendant la course de compression. Ceoi peut être obtenu comme décrit ci-dessus en disposant le liquide de refroi- dissement de manière à entrer dans la tête, seulement pen- dant ou à la fin de la course de travail effectif au moyen du manchon 7. De plus, si le courant de liquide dans la chemise est par la voie de l'entrée 20 et la seule sortie est par la voie du canal 21 qui est seulement découvert par le manchon 7, ce refroidissement intermittent peut être disposé à avoir lieu seulement à la fin de la course d' échappement ou, dans un moteur à quatre temps, pendant les courses d'échappement et d'aspiration.
Un refroidissement intermittent peut être égale- ment obtenu dans le cas des moteurs marins où des rende- ments thermiques très élevés sont requis par un jet ou jets d'eau réglés de manière à venir frapper la tête du cylindre ou paroi de cylindre ou les deux seulement pen- dant ou à la fin de la course d'échappement et avant que la charge n'ait commencé à être comprimée et de la vapeur utilisable n'ait été formée. Dans un moteur à quatre temps le refroidissement doit être exécuté pendant les courses d'échappement et d'aspiration et un refroidissement ne peut avoir lieu aans les courses de travail effectif et de compression.
De nouveau, ce refroidissement intermittent peut être effectué en formant le cylindre avec un bouclier ou des boucliers disposés diamètralement, réglés et tournés ou animés de mouvement alternatif tel que,par exemple dans le cas d'un moteur d'aéroplane refroidi à l'air, ils abriteraient le cylindre contre le courant d'air venant de face pendant les courses de compression et de travail
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effectif afin de maintenir la chaleur, mais permettraient un passaje libre pour le courant d'air venant de face à travers et autour du cylindre pendant les courses de balaya- ge et aspiration ; bien le refroidissement intermittent peut être réalisé par de l'eau ou autres moyens.
Cet arrangement offrirait un avantage considérable sur les systèmes de refroidissement constant ordinaires par l'eau ou autre fluide.
Comme les pertes de chaleur sont les plus gran- des pendant la période de la plus grande compression et de pression explosive, il est à recommander que la chambre de combustion soit formée pour diminuer ces pertes et la tête de cylindre concave comme montré dans les dessins couvrant les cotés des parois du cylindre ait une forme très simple et avantageuse. Alternativement la tête peut être faite con- cave si on le désire.
Un moteur ayant un nombre quelconque de cylindres peut être employé mais puisqu'il est avantageux d'employer dans des unités de trois cylindres, excepté/le cas de moteurs radiaux, on prfère faire le moteur en multiples de ces unités soit en ligne droite, soit en V, mais dans le cas d' un effet multiple deux cylindres à deux temps pourraient être employés pour former l'unité.
Il est bien entendu que l'arrangement et le régla- ge des soupapes et les détails de construction peuvent être variés par rapport à ce qui a été décrit ci-dessus suivant les diverses circonstances et le but pour lequel l'invention doit être employée sans sortir de la portée de cette inven- tion.
Revendications et Résumé.
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IMPROVEMENTS TO INTERIM COMBUSTION ENGINES OF THE DIESEL, SEMI-DIESEL TYPE, COMPRESSION IGNITION
OR INJECTION,
The present invention relates to improvements to internal combustion engines of the Diesel type, that is to say in which the load is ignited spontaneously by compression, or to engines of the semi-diesel type in which this ignition is. aided by a hot tube or the like, these engines also being known as compression ignition or injection engines. The invention is applicable to two or four-stroke internal combustion engines or double-acting internal combustion engines and to engines in which the cylinders are arranged radially, parallel, inclined with respect to each other. , or otherwise.
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In engines of the type described, because of the extremely high compression ratios and the pressures required to ignite the charge spontaneously and the resulting high explosion pressures, the various components of the engine must be very heavy.
Consequently, the weight of the engine per unit of power developed is also high; therefore, it has not been possible to commonly successfully adopt this type of engine for several uses such as aircraft engines, and this factor results in a high production cost.
The object of the present invention is to avoid this disadvantage and consists of an internal combustion engine of the type indicated in which the compression ratio can be reduced without reducing the compression temperature which is maintained by the addition of hot residual products including unburned air.
The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying schematic drawings in which: Fig. 1 is a longitudinal sectional elevation of a three cylinder two stroke engine.
Fig.2 is a section of the first cylinder of fig.l.
Fig.3 is a section of the second cylinder of fig.l.
Fig. 4 is a section of the third cylinder of fig.l.
Fig.5 shows a piston in its extreme position.
Fig.6 shows a detail.
Referring to the drawings, three cylinders 1, 2 and 3, are mounted next to each other and are provided with three pistons 4 actuating the crankshaft 5 through connecting rods 6. The cylinders are formed. through
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sleeves 7 actuated by eccentrics 8, these sleeves being driven by a reciprocating movement in phase with the pistons. Cooling jackets 9 are provided around the sleeves for the cooling fluid, which preferably in the case where the fuel is oil, is in direct contact with the sleeves.
Referring to figs. 2, 3 and 4, the sleeves 7 are provided with exhaust ports 10 which act together with exhaust passages 11 and with intake ports 12, the latter acting together with intake passages 13 and with d 'other bypass passages or channels 14 which connect the three cylinders together. The cylinder heads are provided with cooling spaces 15 which communicate with the liners 9 by apertures 16, 17, the lumen 17 being closed by the sleeve 7 except at the end of the stroke when it is open. Coolant is pumped into the jacket through passages 17. It is preferred to use fuel oil as the coolant, but water can be used if desired.
Any suitable injection valve can be provided.
The operation of the engine is retorted as follows: The piston 4 in the cylinder 2 as shown in figs.
1 and 3 is in the downstroke and has just discovered the channel 14 through the lumen 12 so that the hot exhaust gases exit and pass along the channel into the cylinder 3 as shown in fig. 4 which has received its air charge and performs the upward stroke, or compression stroke. The piston 4 in the cylinder 2 descends again with the sleeve 7 which uncovers the intake passage 13 and the exhaust passage 11 so that the incoming air charge drives out the exhaust gas. Piston 4 goes up
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in cylinder 3 and communication with channel 14 is closed. The compression continues and when the piston is at the top of its stroke fuel is injected into the cylinder and ignites immediately.
It is understood that the exhaust gases can pass through the cylinder at any position of the piston,; It regulates the operating moment of the valves or by varying the offset angle of the engine cranks.
Passing a certain amount of hot exhaust gas through the cold air charge in the compression stroke raises the temperature of the charge so that with reduced compression ratios the temperature is kept high enough to ignite. fuel when injected into the cylinder. For example, the compression ratio can be reduced from 12 to 1 down to 8 to 1. In this way, the compression pressures can be considerably reduced thereby reducing the weight of the machine, or alternatively higher temperatures can be obtained. higher and faster combustion.
Fig. 5 shows the intake and exhaust duct uncovered when the cold air charge is admitted to expel the exhaust gases through passage 11.
Since the pressure and temperature at the end of the expansion stroke are dependent on the expansion ratio, it is possible to achieve a compression temperature sufficient to ignite the fuel by a comparatively large series of compression ratios. It is therefore possible to adapt the compression ratio to the maximum pressure which a given engine must withstand. It is particularly important to transfer the
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heat quickly during the short time that the bypass lights are open and achieve a great sweeping and cooling effect while the intake and exhaust lights are open.
In order to obtain this result, the bypass channel
14 is made as short and as close to the cylinder as possible and can be well wrapped or if desired be made double wall traversed by the multiple escapement.
A short channel 14 is conveniently obtained by grouping the cylinders in units of three as shown in fig.l @ with the cranks 120 apart. In the case of radial engines, the bypass can be found between the adjacent cylinders.
The single pinch valve shown in the drawing has been found to be very advantageous as it moves with the piston and therefore the eccentric has very little work to do other than limiting the sleeve stroke and adjusting the timing of the sleeve. operation. It is understood that all other valves can be used, such as tubular or rotary valves.
If desired, through holes can be provided in the head or in the sleeve when cooled by fuel oil so that the oil can lubricate the piston tension rings.
By its contact with the sleeve, the fuel oil lubricates the outer stop surfaces of the sleeve.
In the case of a four-stroke engine, the multiple exhaust can be suppressed especially in aviation engines since the final exhaust temperature and the pressure are low due to the greater expansion in the engine. Diesel or Semi-Diesel and these temperatures and have been pressure / reduced further by diverting some of the hot gases into another cylinder. In addition, the exhaust light can also act as the intake light,
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or the exhaust and intake ports may be arranged to open and close simultaneously.
By suitably varying the time of operation of the pinch valve, the control of the output of the heated gases during the actual working stroke can be advanced and the engine can thus be employed to obtain sufficient pressure to be able to start. when it is cold or else this starting can be facilitated by the use of a hot tube, an electric spark and other means. If, in connection with a retardation variation of the operating time of the bypass valve, the fuel injection is also varied in a suitable manner, the running of the engine may be reversed.
To start the engine, the piston can for example be provided with an electrode 18 (fig. 6) which at the top of the stroke will form a gap for the spark between itself and the isolated electrode 19 in the head of the cylinder, so that a high voltage spark can occur and ignite the load or the piston can actuate a low voltage ignition device. Or the fuel pump can be used to function as a regulating device for the high voltage current through the usual two-pole spark plug.
As soon as the charge in one cylinder has ignited, the hot gases are diverted to the next cylinder to effect ignition and other means of ignition than compression temperature are not needed. When a starter motor is employed, the switch can perform the dual function of supplying energy to the motor and to the electric ignition means.
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It is essential that the compression temperature be kept as high as possible and therefore that as little cooling as possible takes place during the compression stroke. This can be obtained as described above by arranging the coolant so as to enter the head, only during or at the end of the effective working stroke by means of the sleeve 7. In addition, if the flow of liquid in the jacket is through inlet 20 and the only outlet is through channel 21 which is only discovered by sleeve 7, this intermittent cooling may be arranged to take place only at the end of the exhaust stroke or, in a four stroke engine, during exhaust and suction strokes.
Intermittent cooling can also be obtained in the case of marine engines where very high thermal outputs are required by a jet or jets of water adjusted so as to strike the cylinder head or cylinder wall or both. only during or at the end of the exhaust stroke and before the charge has started to be compressed and usable vapor has been formed. In a four-stroke engine, cooling must be carried out during the exhaust and suction strokes and cooling cannot take place during the actual working and compression strokes.
Again, this intermittent cooling can be achieved by forming the cylinder with a shield or shields arranged diametrically, adjusted and rotated or reciprocated such as, for example in the case of an air-cooled aircraft engine. , they would shelter the cylinder against the air flow coming from the front during the compression and working strokes
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effective in order to maintain heat, but would allow free passage for the air flow coming from the front through and around the cylinder during the sweeping and suction strokes; although intermittent cooling can be achieved by water or other means.
This arrangement would offer a considerable advantage over ordinary constant cooling systems by water or other fluid.
As heat losses are greatest during the period of greatest compression and explosive pressure, it is recommended that the combustion chamber be formed to decrease these losses and the concave cylinder head as shown in the drawings. covering the sides of the cylinder walls has a very simple and advantageous shape. Alternatively the head can be made concave if desired.
An engine having any number of cylinders can be employed but since it is advantageous to employ in units of three cylinders, except in the case of radial engines, it is preferred to make the engine in multiples of these units either in a straight line, or V, but in the case of a multiple effect two two-stroke cylinders could be used to form the unit.
It is understood, of course, that the arrangement and adjustment of the valves and the details of construction may be varied from what has been described above depending on the various circumstances and the purpose for which the invention is to be employed without go beyond the scope of this invention.
Claims and Summary.
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