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BREVET D'INVENTION " PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A EXPLOSION A
4 TEMPS ". Valérien RAFAÏLOFF
La présente invention a pour objet un nouveau procédé de suralimentation des moteurs à explosion à 4 temps destiné à améliorer les conditions de fonctionnement du compresseur. La présente invention permet de simplifier et d'améliorer le procédé de suralimentation actuel des moteurs d'avions, d'automobiles, etc....Elle permet, d'autre part, l'introduction dans le cylindre de combustibles absolument quelconques, même ne se mélangeant pas entre eux.
Les compresseurs utilisés actuellement pour la suralimentation des moteurs travaillent généralement avec un débit très élevé et à une vitesse de rotation voisine de 30.000 tours par minute. Il est évident que de telles conditions de marche nuisent à la sécurité du fonctionnement du moteur et on peut considérer qu'un moteur suralimentéde cette façon ne peut servir que pour des performances exceptionnelles, sans pouvoir être utilisé couramment en pratique.
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Le procédé de suralimentation suivant l'inven- tion permet, pour un moteur donné et pour un compresseur donné, de réduire le débit et la vitesse de rotation du compresseur tout en obtenant une suralimentation parfaite.
Le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait que le combustible est amené au moteur en deux opérations différentes. La première charge de combustible est aspirée de la façon habituelle à travers la soupape d'admission placée en tête du cylindre. On sait que, de cette façon, le coefficient de remplissage du cylindre est toujours inférieur à 1. La deuxième charge de combustible est admise dans le moteur, suivant l'invention, à travers des trous percés dans la paroi du cylindre au voisinage du point mort bas du piston, trous que ce piston découvre à la fin de sa course descendante. Ces trous sont en communication, par un conduit approprié avec un compresseur et un carburateur auxiliaire.
De cette façon, lorsque le piston, après avoir aspiré la charge arrivant par la soupape habituelle, arrive à son point mort bas, il découvre les trous ménagés dans la paroi du cylindre et la deuxième charge se trouve introduite dans le cylindre. L'arrivée de cette deuxième charge durera tant que les trous ne seront pas masqués de nouveau par le piston au début de sa course ascendante. On compren- dra facilement que le coefficient de remplissage se trouve ainsi notablement augmenté. Le fonctionnement du moteur pendant les autres phases est le même que celui des moteurs habituels.
A la fin de la course de détente, les trous ménagés dans la paroi du cylindre seront découverts de nou-
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veau par le piston et il se produira une introduction supplémentaire du mélange fourni par le compresseur et le carburateur auxiliaire. En faisant varier le profil de la came et le diamètre de la soupape d'échappement, on peut obtenir toutepression voulue à l'intérieur du cylindre au moment où le piston découvre les lumières et notamment on peut assurer que cette pression soit inférieure à celle créée par le compresseur en sorte que celui-ci débite toujours dans le cylindre lorsqu'il est mis en communication avec celui-ci.
Les gaz, ainsi introduits dans le cylindre, étant donné leur nature différente de celle des gaz brûlés, formeront au-dessus du piston un matelas, lequel chassera définitivement les gaz brûlés pendant la course d'échappement du piston. De cette façon, le balayage de l'intérieur du cylindre et l'évacuation des gaz brûlés sont effectués d'une façon parfaite, D'autre part, la température des gaz, qui resteront dans la chambre de combustion à la fin de la course d'échappement et qui seront constitués par le matelas de gaz ci-dessus mentionné, sera inférieure à celle des gaz brûlés habituels. Par conséquent, la température du mélange, pendant son admission et, par suite, pendant la compression, se trouve réduite dans un moteur surali'- menté suivant l'invention.
On comprendra facilement qu'avec le système de suralimentation suivant l'invention, le com'-' presseur fonctionne dans ces conditions bien plus avanta geuses que dans les systèmes de suralimentation actuels.
En effet, dans les systèmes actuels, le compresseur fournit le mélange carburant surcomprimé à travers la soupape d'ad-
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Mission pendant toute la course d'aspiration qui correspond sensiblement à un angle de rotation du vilebrequin de 200 à 2200 et sous une pression de l'ordre de 2 atmesphères.
Avec le système suivant l'invention, le compresseur ne fournit le mélange combustible au cylindre que lorsque le piston découvre les trous précités. Cette période d'ouverture, en tenant compte de la progressivitéde l'ouverture et de la fermeture de ces trous par le pistor, ne correspond qu'à un angle de rotation du vilebrequin de 50 à 60 . En tenant compte, d'autre part, de la différence de pression qui est assez considérable puisque , suivant l'invention, il suffit de comprimer le mélange supplémentaire à 1,2 ou 1,3 atmosphères, il est facile de comprendre que le travail du compresseur, suivant l'invention, sera 8 à 10 fois moins considérable que le travail du compresseur dans les systèmes actuels travaillant dans les mêmes conditions.
Ainsi le compresseur pourra fonctionner dans des conditions absolument normales avec 4-6.000t/m en assurant toute la sécurité voulue.
D'autre part, il est connu qu'on ne peut pas, @u point de vue économie et rendement thermique, surali'- menter un moteur sans procéder à une surcompression. Hais la surcompression entraîne la nécessité d'avoir recours des substances anti-détonantes, telles que du plomb tétra- étyle. La présence de ces substances anti-détonantes a une action nuisible sur les soupapes, les conduits, etc...
Le procédé de suralimentation suivant l'invention permet de remplacer ces anti-détonants nuisibles par des antidétonants inoffensifs qui ne pouvaient pas être utilisés
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jusqu'à présent étant donné qu'ils ne se mélangent pas avec l'essence. Ainsi, par exemple, l'alcool qui peut être comprimé jusqu'à 13 atmosphères ne se mélange pas avec l'essence. Par contre ses vapeurs peuvent se mélanger librement avec les vapeurs d'essence. Ainsi si, dans le procédé suivant l'invention, on admet dans la soupape d'admission habituelle un mélange carburant normal et par les trous percés dans la paroi du cylindre des vapeurs d'alcool, on pourra obtenir un mélange combustible anti-détonant parfait.
En général, on pourra admettre par les trous percés dans la paroi du cylindre un mélange quelconque possédant des propriétés anti-détonantes et même de l'eau pure ou H 2 0 2 qui constitue un anti-détonant parfait et qui ne nuit pas'au fonctionnement du moteur tout en abaissant sa température. On peut également admettre par les trous de l'oxygène. Selon l'invention, on peut supprimer le compresséur et faire communiquer les trous ménagés dans la paroi du cylindre avec l'atmosphère par un conduit approprié.
La suralimentation et le balayage sont alors assurés par l'effet d'inertie de l'air ou mélange traversant ce conduit et qui lors de la fermeture des trous par le piston engendre dans le conduit à proximité du piston une surpression pro** voquant une nouvelle rentrée d'air ou de mélange dans le cylindre lorsque la communication avec le cylindre est de nouveau rétablie.
L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin annexé sur lequel on a représenté, à titre d'exem ple, trois modes de réalisation suivant l'invention.
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Sur la fig, l, on a représenté un moteur agencé suivant l'invention, en coupe verticale.
Sur la fige 2, on a représenté une variante de construction dans laquelle le deuxième carburateur est remplacé par un simple gicleur placé dans la tuyauterie d'admission.
Sur la fig. 3 , on a représenté une troisième forme de réalisation dans laquelle le compresseur est supprimé.
En se référant d'abord à la figure 1, 1 est le cylindre, 2. le piston, 18 sa bielle et 19 le carter du moteur. La soupape d'admission habituelle est indiquée en 5, la soupape d'échappement en 6 et le conduit d'échappement en 4. Le carburateur habituel est représente en 12 et est relié avec la soupape µ..par un tuyau 3. Vers la fin de sa course descendante, le piston 2 découvre des trous ménagés dans la paroi du cylindre 1 et communiquant par un tuyau 8, dans lequel est placé un papillon de réglage, 9, avec un compresseur, 10, et un carburateur supplémentaire, 13.
Dans ltexemple de la figure ? , le carburateur 13 est remplacé par un simple gicleur, 14, communiquant par un tuyau,15, avec un réservoir de combustible, 16; un robinet, 17, pérmet le réglage de l'arrivée de ce combus- tible.
Dans le cas de la figure 3, on a supprimé le compresseur 10 et la suralimentation automatique et le balayage sont assurés par le mouvement d'inertie de l'air
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frais ou mélange gazeux anti-détonant dans le conduit qui fait communiquer alors les lumières ?¯ du cylindre du moteur, avec l'atmosphère extérieure.
Quand le piston 2 à la fin de sa course d'as- piration découvre les lumières inférieures 7, l'air extérieur ou mélange qui est à une pression supérieure à celle du cylindre l,pénètre dans le cylindre et produit la suralimentation. Lorsque le piston 2 vient masquer de noue veau les lumières-7 le courant d'air ou du mélange traversant le conduit à, se trouvant alors brusquement interrompu il se produit dans la partie du conduit à proximité du piston 2 , une augmentation dé pression due à l'inertie du gaz, qui a pour effet, lorsque le piston vers la fin de sa prochaine course descendante découvre les lumières 7, de provoquer une nouvelle entrée de gaz dans le cylindre 1, ce qui facilite le balayage des gaz brûlés.
Comme dans le moteur à compresseur, en calculant convenablement le diamètre de la soupape d'échappement et le profil de sa came de commande, on peut déterminer et obtenir la pression dans le cylindre, au dit moment, inférieure à la pression atmosphéri que.
Il va de soi que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre purement indicatif, mais nullement limitatif et qu'on pourrait y apporter diverses modi- fi cations de forme sans altérer son esprit.
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PATENT OF INVENTION "IMPROVEMENTS TO EXPLOSION ENGINES A
4 TIME ". Valérien RAFAÏLOFF
The present invention relates to a new method for supercharging 4-stroke internal combustion engines intended to improve the operating conditions of the compressor. The present invention makes it possible to simplify and improve the current method of supercharging aircraft engines, automobiles, etc. It allows, on the other hand, the introduction into the cylinder of absolutely any fuels, even not mixing with each other.
The compressors currently used for supercharging engines generally work with a very high flow rate and at a speed of rotation close to 30,000 revolutions per minute. It is obvious that such operating conditions are detrimental to the safety of the operation of the engine and it can be considered that an engine supercharged in this way can only be used for exceptional performance, without being able to be used commonly in practice.
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The supercharging process according to the invention makes it possible, for a given engine and for a given compressor, to reduce the flow rate and the speed of rotation of the compressor while obtaining perfect supercharging.
The method according to the invention is essentially characterized by the fact that the fuel is supplied to the engine in two different operations. The first charge of fuel is sucked in the usual way through the intake valve placed at the head of the cylinder. It is known that, in this way, the filling coefficient of the cylinder is always less than 1. The second fuel charge is admitted into the engine, according to the invention, through holes drilled in the wall of the cylinder in the vicinity of the point bottom death of the piston, holes that this piston discovers at the end of its downstroke. These holes are in communication, by a suitable duct with a compressor and an auxiliary carburetor.
In this way, when the piston, after having sucked in the load arriving through the usual valve, reaches its bottom dead center, it discovers the holes made in the wall of the cylinder and the second load is introduced into the cylinder. The arrival of this second charge will last as long as the holes are not masked again by the piston at the start of its upstroke. It will easily be understood that the filling coefficient is thus significantly increased. The operation of the motor during the other phases is the same as that of the usual motors.
At the end of the expansion stroke, the holes made in the cylinder wall will be uncovered again.
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by the piston and there will be an additional introduction of the mixture supplied by the compressor and the auxiliary carburetor. By varying the profile of the cam and the diameter of the exhaust valve, any desired pressure can be obtained inside the cylinder when the piston discovers the ports and in particular it is possible to ensure that this pressure is less than that created. by the compressor so that the latter always delivers into the cylinder when it is placed in communication with the latter.
The gases thus introduced into the cylinder, given their nature different from that of the burnt gases, will form a mattress above the piston, which will permanently expel the burnt gases during the exhaust stroke of the piston. In this way, the scanning of the interior of the cylinder and the evacuation of the burnt gases are carried out in a perfect way, On the other hand, the temperature of the gases, which will remain in the combustion chamber at the end of the stroke exhaust and which will be formed by the aforementioned gas mattress, will be less than that of the usual burnt gases. Consequently, the temperature of the mixture, during its intake and hence during compression, is reduced in a supercharged engine according to the invention.
It will easily be understood that with the supercharging system according to the invention, the compressor operates under these conditions which are much more advantageous than in current supercharging systems.
In fact, in current systems, the compressor supplies the supercharged fuel mixture through the inlet valve.
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Mission throughout the suction stroke which substantially corresponds to an angle of rotation of the crankshaft of 200 to 2200 and under a pressure of the order of 2 atmespheres.
With the system according to the invention, the compressor supplies the combustible mixture to the cylinder only when the piston discovers the aforementioned holes. This opening period, taking into account the progressiveness of the opening and closing of these holes by the pistor, corresponds only to an angle of rotation of the crankshaft of 50 to 60. Taking into account, on the other hand, the pressure difference which is quite considerable since, according to the invention, it suffices to compress the additional mixture to 1.2 or 1.3 atmospheres, it is easy to understand that the work compressor, according to the invention, will be 8 to 10 times less than the work of the compressor in current systems working under the same conditions.
Thus the compressor will be able to operate under absolutely normal conditions with 4-6,000 rpm, ensuring all the required safety.
On the other hand, it is known that, from the point of view of economy and thermal efficiency, it is not possible to supercharge an engine without proceeding to over-compression. But over-compression makes it necessary to use anti-detonating substances, such as tetraethyl lead. The presence of these anti-detonating substances has a deleterious effect on valves, pipes, etc.
The method of supercharging according to the invention makes it possible to replace these harmful anti-detonants by harmless anti-knock agents which could not be used.
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so far since they do not mix with gasoline. So, for example, alcohol which can be compressed up to 13 atmospheres does not mix with gasoline. On the other hand, its vapors can mix freely with gasoline vapors. Thus if, in the process according to the invention, a normal fuel mixture is admitted into the usual intake valve and alcohol vapors through the holes drilled in the cylinder wall of the cylinder, a perfect anti-detonating fuel mixture can be obtained. .
In general, we can admit through the holes drilled in the wall of the cylinder any mixture having anti-detonating properties and even pure water or H 2 0 2 which constitutes a perfect anti-detonant and which does not harm the water. operation of the engine while lowering its temperature. It is also possible to admit through holes oxygen. According to the invention, the compressor can be eliminated and the holes made in the wall of the cylinder can be made to communicate with the atmosphere through a suitable duct.
Supercharging and sweeping are then provided by the inertia effect of the air or mixture passing through this duct and which, when the holes are closed by the piston, generates in the duct near the piston an overpressure causing a re-entry of air or mixture into the cylinder when communication with the cylinder is reestablished.
The invention will be better understood with the aid of the appended drawing in which there is shown, by way of example, three embodiments according to the invention.
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In FIG. 1, there is shown a motor arranged according to the invention, in vertical section.
In fig 2, there is shown a construction variant in which the second carburetor is replaced by a simple nozzle placed in the intake pipe.
In fig. 3, there is shown a third embodiment in which the compressor is omitted.
Referring first to Figure 1, 1 is the cylinder, 2. the piston, 18 its connecting rod and 19 the engine crankcase. The usual intake valve is shown at 5, the exhaust valve at 6 and the exhaust duct at 4. The usual carburetor is at 12 and is connected with the valve µ..by a pipe 3. To the At the end of its downward stroke, the piston 2 discovers holes made in the wall of the cylinder 1 and communicating by a pipe 8, in which is placed an adjusting butterfly, 9, with a compressor, 10, and an additional carburetor, 13.
In the example of the figure? , the carburetor 13 is replaced by a simple nozzle, 14, communicating by a pipe, 15, with a fuel tank, 16; a tap, 17, allows adjustment of the arrival of this fuel.
In the case of FIG. 3, the compressor 10 has been omitted and the automatic supercharging and the sweeping are ensured by the inertial movement of the air.
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cool or anti-detonating gas mixture in the duct which then communicates the lights? ¯ of the engine cylinder, with the outside atmosphere.
When the piston 2 at the end of its suction stroke uncovers the lower ports 7, the outside air or mixture which is at a pressure higher than that of the cylinder 1, enters the cylinder and produces the supercharging. When the piston 2 again masks the ports-7 the current of air or of the mixture passing through the duct to, then being suddenly interrupted, there occurs in the part of the duct near the piston 2, an increase in pressure due to the inertia of the gas, which has the effect, when the piston towards the end of its next downward stroke discovers the slots 7, to cause a new entry of gas into the cylinder 1, which facilitates the scavenging of the burnt gases.
As in the compressor engine, by suitably calculating the diameter of the exhaust valve and the profile of its control cam, it is possible to determine and obtain the pressure in the cylinder, at the said moment, lower than the atmospheric pressure.
It goes without saying that the invention has been described and represented only as an indication, but in no way limiting, and that various modifications of form could be made without altering its spirit.