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BREVET D'INVENTION " Perfectionnements apportés aux moteurs à combustion interne, notamment à ceux à expansion multiple "
L'invention est relative aux moteurs à combustion interne; et elle concerne plus particulièrement, parce que c'est en leur cas que son application semble devoir offrir le plus d'intérêt, mais non exclusivement, parmi ces engins, ceux à expansion multiple,
Elle a poux but, surtout, de rendre tels, lesdits en- gins, qu'ils soient plus économiques, plus souples et d'une puissance massique plus grande que jusqu'à présent.
On connaît déjà le principe des moteurs, dit/en géné- ral moteurs compound, dans lesquels l'expansion du fluide moteur se fait en au moins deux étages constitués par des cylindres de dimensions différentes, ainsi qu'il est pratiqué dans les machines à vapeur à expansion multiple. Dans de tels moteurs thermiques, la combustion-a lieu seulement dans l'étage haute pression, alors que, dans l'étage basse pression, ont lieu successivement la première partie de la compression du fluide moteur ainsi que la
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deuxième partie de la détente des gaz brûlés.
On connaît également la disposition avantageuse con- sistant à alimenter alternativement en comburant deux cylindres haute pression, fonctionnant suivant un cycle à quatre temps, par un même cylindre basse pression de dimensions convenables, fonc- tionnant suivant un cycle à deux temps.
Selon cette disposition, les cycles des deux cylindres à quatre temps sont décalés de 3600 (pistons cinématiquement en phase) et le piston du cylindre deux temps est calé à environ 180 des pistons quatre temps, Cette disposition avantageuse per- met également de n'utiliser qu'une seule soupape de communication entre chaque cylindre haute pression et le cylindre basse pres:- sion correspondant, cette soupape étant alternativement léchée par les gaz chauds et refroidie par le fluide moteur frais.
L'invention consiste, principalement -- et en même, temps qu'à faire comporter aux moteurs du genre en question au moins deux étages de compression et de détente--,à agencer de manière telle, lesdits moteurs, que l'on puisse faire varier dans des limites étendues le couple moteur en faisant varier, par un réglage adéquat lors de la compression de l'air d'alimen- tation dans un ou plusieurs étages inférieurs, la quantité et la pression de l'air admis aux cylindres de combustion, et ce, de préférence, de manière telle que, au régime d'utilisation la plus courante, la détente dans le dernier étage soit prolongée jusqu'au voisinage de la pression extérieure.
Elle consiste, mise à part cette disposition princi- pale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de pré- férence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notamment : en une deuxième disposition consistant, dans les cylindres à deux temps, à donner à la course de détente une longueur plus grande qu'à la course de compression, en une troisième disposition consistant, dans les moteurs du genre en question, d'une part, à avoir recours à une turbine à gaz comme dernier étage de détente à la sortie de laquelle les gaz
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moteurs sont évacués à une pression voisine de la pression am- biante, d'autre part, à faire entraîner par ladite turbine au moins un compresseur de balayage et d'alimentation des cylindres à deux temps et, d'autre part enfin,
à prévoir des moyens permet- tant.de fare varier le couple sur l'arbre du moteur en même temps par la variation quantitative du combustible injecté et par la variation concomitante de la masse et de la pression de l'air d'alimentation que débite le compresseur dont l'énergie fournie par la turbine varie elle-même avec la pression moyenne du cycle moteur;
en une quatrième disposition, consistant à agencer de manière telle, les moteurs à deux temps à équioourant compounds ou non, l'on puisse modifier leur distribution de façon à faire vaen même temps que rier vla massed'air évoluant dans le cycle, , outre, la masse d'ait de balayage, et en une cinquième .disposition consistant à agencer de ma- nière telle, les moteurs du genre en question, que l'on puisse faire varier, en même temps que la pression d'alimentation des cylindres de combustion, le volume de la chambre de combustion et cela, soit d'une façon progressive, soit par des stades suc- cessifs par l'ouverture ou la fermeture de communications éta- blies entre ladite chambre de combustion et des capacités addi- tionnelles.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'appli- cation, ainsi que certains modes de réalisation, desdites dispo- sitions et elle vise plus particulièrement encore, et ce à ti- tre de produits industriels nouveaux, les engins du genre en question oomportaht application desdites dispositions, les élé- ments spéciaux propres à leur établissement, ainsi que les ins- tallations fixes ou mobiles, notamment les véhicules automobiles, comportant de tels moteurs.
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des des sins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien en- tendu, donnés surtout à titre d'indication.
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La fig. 1 représente, en coupe schématique, un mo- teur compound établi conformément à L'intention.
Les fig. 2,3,4 sont des diagrammes explicatifs des- tinés à faciliter la compréhension de l'invention.
Les fig. 5 et 6 sont des schémas de deux dispositifs de régulation, établis conformément à l'invention, pouvant être adjoints au susdit moteur.
Les fig. 7 et 8 sont des diagrammes se rapportant au fonctionnement du dispositif faisant l'objet de la fig. 6.
Les fig. 9,10,11 représentent schématiquement des dispositifspour la variation du volume des chambres de com- bustion, établis conformément à l'invention.
La fige 12, enfin, est un schéma correspondant à l'une des dispositions supplémentaires de l'invention.
Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de rêali- sation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, d'é- tablir un moteur compound, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On établit tout d'abord l'ensemble de ce moteur en ayant recours à tout mode de réalisation approprié, tel que celui représenté schémetiquement fig.1, en lui faisant com- porter principalement un certain nombre de cylindres basse pression 1 et un nombre double de cylindres haute pression 2', propres à fonctionner selon un cycle à combustion à quatre temps, en ayant soin de décaler d'environ 1800 les pis- tons 3 et 4',4" coagissant avec lesdits cylindres, cela afin que, pendant la plus grande partie du cycle, les pistons'haute pression montent quand les pistons basse pression descendent et vice versa.
On prévoit, pour assurer la distribution des cylin dres haute pression, ainsi que pour établir ou interrompre la communication entre les cylindres haute pression et basse pression, des obturateurs appropriés tels que des soupapes
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On prévoit, pour assurer la distribution des cylin - dres basse pression fonctionnant suivant le cycle à deux temps à la manière connue des obturateurs tels que des soupapes 7 pour ce qui est de l'échappement et des lumières telles que 8, masquées et démasquées par les pistons basse pression, pour ce qui est de l'admission et du balayage.
Conformément à l'invention on pourra diriger les gaz, à leur sortie des cylindres basse pression, vers une turbine 9. De même, l'air de balayage des cylindres deux temps peut être comprimé à la pression convenable de plusieurs manières connues, par exemple par un compresseur 10 qui peut être avanta- geusement entraîné par la turbine 9, cette dernière pouvant, soit être complètement indépendante du moteur, soit avoir son arbre accouplé à l'arbre moteur.
Le fonctionnement, conforme à l'invention, de l'en- semble venant d'être décrit est le suivant pour cycle à combus- tion à quatre temps (fig.l et diagrammes des fig. 2 à 6)
Lorsque le piston 3 est auvoisinage de son point mort bas, les pistons 41,et 4", décalés d'environ 180 par rapport au piston 3,sont tous deux au voisinage de leur point mort haut.
Donc, lorsque le piston 3 remonte,les deux pistons 4' et 4" des- cendent. La soupape 5 étant ouverte et la soupape 6 fermée, le piston 3, en raison de sa grande dimension par rapport aux pis- tons 4'et 4" comprime dans les deux cylindres 2' et 2" (courbes b1c1, b2c2du diagramme fig.2).Au point c, un peu avant le point mort haut du piston 3,la soupape 5 se ferme. La pression conti- nue alors à monter suivant la courbe c1 dl dans le cylindre 1 et la pression descend légèrement suivant c2 f2 dans le cylindre 2'
Pendant la course de descente du piston 4', la pression a donc augmenté dans le cylindre 2' en même temps que dans le cylindre 1. Dans le cylindre 2", dont la soupape était fermée, la pression a diminué (dxtente a3 i3).
En i3 la soupape 6 s'ouvre
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et la pression tombe jusqu'à la valeur d3. Pendant la descente du piston 3 ( montée des pistons 4' et 4" ) les gaz des cylin- dres 1 et 2" se détendent simultanément suivant les courbes d1 a1 ,tandis que, dans le cylindre 2' dont la soupape 5 est fermée, la pression monte suivant la courbe f2 d2.En d2 a lieu- la combustion. Au voisinage du point mort bas du piston 3 s'ou- vre la soupape d'échappement 7 ; l'échappement commence et, lors- que ledit piston 3 découvre les lumières 8, le balayage s'effectue dans le cylindre 1. Lors du tour- suivant les mêmes opérations àe reproduisent dans le cylindre 1 le fonctionnement dans les cylin- dres à quatre temps 2' et 2" est inversé.
On a ainsi réalisé un cycle à deux étages de compres- sion et de détente pour lequel la combustion a lieu seulement dans les cylindres haute pression qui sont seuls soumis à des pressions et à des températures élevées., Le cylindre 1, fonction- nant suivant le cycle à deux temps, est soumis à des pressions inférieures, mais on conçoit que l'on peut donner aux sections des cylindres 1, d'une part, et 2' et 2", d'autre part, des valeurs telles que les travaux des cylindres 1 et 2', 2" soient peu différents, voire égaux. (Le travail moteur dans les cylin- dres haute pression est égal à la différence des aies hachurées en sens inverse sur la fig. 2 ).
En cas de variation de charge, on pourra maintenir l'égalité des travaux dans les cylindres basse pression et haute pression en faisait varier les temps d'ouverture des sou- papes 5 et 6.
Ces dernières, alternativement léchées par des gaz chauds et par des gaz froids, restent à une température moyenne peu élevée, compatible avec leur bonne tenue.
On conçoit que, pour une même masse de gaz, mise en jeu, le rapport du volume de la chambre de combustion à la surface des parois de l'espace de détente est plus petit que si le même travail total avait été fait dans un seul cylindre; il y a donc moins de chaleur perdue par les parois et le rendement du moteur peut être de ce fait amélioré.
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On sait que l'on améliore d'autant plus le rende- ment que l'on prolonge davantage la détente des gaz, ce grâce à quoi on transforme en travail une plus grande partie de la chaleur contenue dans lesdits gaz.
Or, selon l'invention, on détermine de manière telle les divers éléments de 1 ensemble que, pour la valeur d'utili- sation la plus courante du couple moteur, la détente des gaz brûlés dans le cylindre basse pression soit prolongée jusqu'au voisinage de la pression d'alimentation, ce pourquoi on réalise, ainsi qu'il est montré sur les diagrammes de la fig. 2,une Gour- se de détente d1 a1 plus longue que la course de compression b1 cl,résultat que l'on peut obtenir, par exemple, en fermant la soupape d'échappement 7 en retard.
Si l'on veut maintenant augmenter le couple- moteur, on avance la fermeture de ladite soupape d'échappement; la quan- tité d'air évoluant dans le cycle étant alors plus grande, le couple est plus élevé, ainsi que le montrent les diagrammes de la fig. 3 . Toutefois la détente n'est plus prolongée jusqu'à la pression d'alimentation et l'énergie représentée par la par- tie du diagramme en pointillé est perdue.
Selon l'invention, on peut éviter de perdre cette énergie en dirigeant les gaz d'échappement, à leur sortie des cylindres basse pression, dans une turbineà gaz; 9 qui peut être, soit accouplée à l'arbre moteur, soit mieux, utilisée pour entraîner un compresseur d'alimentation 10, par exemple centrifuge.
Les diagrammes de la fig. 4 montrent que, plus la pression à l'échappement est importante (c'est-à-dire plus le couple moteur est grand), plus l'énergie récupérée dans la tur- bine 9 est importante et plus le compresseur peut suralimenter le moteur à une pression élevée; on augmente de ce fait la puissan- ce motrice dans de grandes proportions tout en conservant un rendement élevé dû à la détente complète des gaz brulés.
Toujours selon l'invention, on peut proportionner
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automatiquement ou à volonté la quantité de combustible injecté à la masse ou à la pression de l'air évoluant dans le cycle, par exemple en ayant recours à un mécanisme tel que celui re- présenté par la fig. 5, permettant de provoquer, par l'action- nement d'une commande unique 11, le décal@age de la came 12 qui commande la soupape d'échappement 7 et le déplacement de la tige 13 assurant le réglage quantitatif de la pompe d'injection 14.
A cet effet, on peut par exemple, ainsi qu'il est re- présenté sur la fig. 5, avoir recours à un levier à trois bran- ches 15 accouplé, d'une part à la tige 13 de réglage quantitatif et -d'autre part,, à un manchon tel que 16 coulissant à la fois, par des rainures d'inalinaisons différentes, sur l'arbre de commande 17 et sur l'arbre à came 18, ces rainures étant telles que le coulissement du manchon 16 entraine une rotation relative desdits arbres.
A la commande quantitative automatique de l'injection, on pourra adjoindre une commande à main 19 agissant sur une biellette 20, de manière à pouvoir, pour chaque masse d'air évo- luant dans le moteur, faire varier le couple en provoquant la variation de la quantité de combustiblei injecté.
L'on peut aussi, selon l'invention, faire varier en même temps que la masse d'air évoluant dans le cycle, la masse d'air de balayage, ce pourquoi on peut; par exemple, avoir re- cours à un mécanisme tel que celui représenté sur les fig. 6, 7 et 8 permettant de modifier en même temps que le point de fer- meture de la soupape d'échappement 7, la valeur angulaire du temps d'ouverture des orifices de balayage.
A cet effet, dans le cas où l'air de balayage pénètre dans le cylindre 1 par des lumières 8, on adjoindra par exemple, auxdites lumières, auxquelles on donne alors avantageusement une faible hauteur, une soupape telle que 20 disposée en chapelle dans le cylindre 1, en un point déterminé de la course du piston 3. La chapelle étant masquée elle-même par le piaton 3 à partir d'une certaine valeur de la course, On dispose d'un temps d'ou- verture ou de fermeture beaucoup plus long pour pouvoir ouvrir
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ou fermer ladite soupape 20 en commençant ou en terminant cette opération quand la chapelle est encore ou déjà masquée.
C'est ainsi que, si l'on adopte uns distribution cor- respondant à la fig.7, la soupape 20 qui commence à s'ouvrir en OA est ouverte en grand pendant tout le temps ou la chapelle est démasquée et n'est refermée qu'en FA, quand la chapelle est déjà masquée;' pour ce même calage de la came 21 qui commande la soupape 20, la came 11 qui commande la soupape d'échappement 7 est calée solidairement de manière telle que ladite soupape 20 soit ouverte de CE en FE.
Si l'on fait tourner les deux arbres à cames 12 et 21 d'un même angle ou d'un angle proportionnel par rapport au vilebrequin, par exemple en les conjuguant par une chaîne 22, l'on voit sur la fig. 8 que l'ouverture de la soupape 20 peut être très retardée après que la chapelle a été elle-même démasquée, mais de toute façon l'admission sera terminée lorsque la cha- pelle aura été de nouveau masquée ; quantité d'air de balayage aura donc diminué.
Par contre le décalage simultané de la sou- pape d'échappement permet de réduire en même temps la course ,de compression et par conséquent de diminuer le couple moteur en diminuant la masse d'air comprimé dans le cylindre,
On conçoit que le dispositif qui vient d'être décrit est applicable à tous les moteurs a deux temps à équicourant, même si leurs cylindres ne sont pas compoundés avec des cylindres à quatre temps. Il permet d'augmenter le rendement desdits moteurs en réalisant la détente prolongée et en proportionnant la quantité d'air de balayage au couple moteur.
Les dispositifs venant d'être décrits permettent de surcharger les moteurs compounds dans de grandes limites.
Toutefois, pour les fortes surcharges, les pressions et les températures dans les cylindres hautes pressions pour- raient atteindre des valeurs dangereuses.
Selon l'invention l'on peut limiter la valeur des pressions dans les cylindres haute pression en faisant .varier d'une manière de préférence automatique la capacité d'espace
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mort desdits cylindres haute pression, en fonction de la pres- sion d'alimentation de ces cylindres, et cela, soit d'une façon continue, ainsi qu'il est représenté sur les fig.
9 et 10, en constituant les culasses de chacun des cy- lindres 2',2" par des pistons 23, aptes à se mouvoir axialement dans le cylindre, par exemple sous l'action d'une commande à vis et écrou irréversible, telle que celle figurée en 24 et 25, l'é- crou étant mis en rotation par une tige'26, soumise à l'action d'une capsule manométrique 27 recevant la pression d'alimenta- tion e l'air de celui des cylindres 2',2" considéré et soumise en outre à l'action de deux ressorts antagonistes 28 et 29, soit d'une façon discontinue, en faisant communiquer par exemple, par l'ouverture d'une soupape 30 (fig.ll), le cylindre 21,211,avec une chambre additionnelle 31.
L'ouverture de ladite soupape étant commandé par exemple par une came 32 dont.la ro- tation est elle-même soumise à un organe sensible aux varia.... tions de la pression d'alimentation des cylindres haute pression.
L'on peut encore conjuguer la'commande de la variation du volume des chambres de combustion des cylindres haute pression en même temps ou séparément avec la variation quantitative de l'injection.
Dans tous les cas, lorsqu'on aura prévu des chambres additionnelles on les munira avantageusement chacune d'un in- jecteur supplémentaire 33.
Enfin, toujours selon l'invention, on peut améliorer les phénomènes de combustion et de détente en disposant de toute manière convenable les orifices d'alimentation des cylindres hau- te pression, par exemple en disposant ces orifices en biais dans lesdits cylindres, ainsi qu'il est représenté sur la fig.12,de manière à gréer un mouvement tourbillonnaire.
Comme il va de soi et ainsi qu'il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses mo- des d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués; elle en embrasse au contraire toutes les variantes, notamment
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toutes celles relatives aux dispositions de commande des sou- papes qui peuvent être envisagées, au décalage entre les pistons haute pression et basse pression, ainsi qu'à toutes les disposi- tions de balayage et de suralimentation généralement employés dans les moteurs thermiques à deux ou à quatre temps.
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PATENT OF INVENTION "Improvements to internal combustion engines, in particular to those with multiple expansion"
The invention relates to internal combustion engines; and it concerns more particularly, because it is in their case that its application seems to offer the most interest, but not exclusively, among these devices, those with multiple expansion,
Its aim, above all, is to make the said devices such that they are more economical, more flexible and of a greater specific power than hitherto.
The principle of motors, known as compound motors in general, in which the expansion of the working fluid takes place in at least two stages consisting of cylinders of different dimensions, as is practiced in gasoline machines, is already known. multiple expansion steam. In such heat engines, combustion takes place only in the high pressure stage, while, in the low pressure stage, the first part of the compression of the driving fluid takes place successively as well as the
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second part of the burnt gas expansion.
The advantageous arrangement is also known which consists in supplying two high-pressure cylinders, operating according to a four-stroke cycle, by means of a single low-pressure cylinder of suitable dimensions, operating according to a two-stroke cycle, alternately.
According to this arrangement, the cycles of the two four-stroke cylinders are offset by 3600 (pistons kinematically in phase) and the piston of the two-stroke cylinder is set at about 180 of the four-stroke pistons. This advantageous arrangement also makes it possible to use only one communication valve between each high pressure cylinder and the low pressure cylinder: - corresponding pressure, this valve being alternately licked by the hot gases and cooled by the fresh engine fluid.
The invention consists mainly - and at the same time in making the engines of the type in question include at least two compression and expansion stages -, in arranging said engines in such a way, that one can to vary the engine torque within wide limits by varying, by an appropriate adjustment during the compression of the supply air in one or more lower stages, the quantity and the pressure of the air admitted to the cylinders of combustion, and this, preferably, in such a way that, in the most common use regime, the expansion in the last stage is extended to the vicinity of the external pressure.
It consists, apart from this main arrangement, of certain other arrangements which are preferably used at the same time and which will be discussed more explicitly below, in particular: in a second arrangement consisting of the cylinders with two-stroke, to give the expansion stroke a greater length than the compression stroke, in a third arrangement consisting, in engines of the type in question, on the one hand, in having recourse to a gas turbine as last stage of expansion at the exit of which the gases
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The engines are evacuated at a pressure close to the ambient pressure, on the other hand, to be driven by said turbine at least one compressor for scavenging and feeding the two-stroke cylinders and, on the other hand, finally,
to provide means allowing to vary the torque on the motor shaft at the same time by the quantitative variation of the fuel injected and by the concomitant variation of the mass and of the pressure of the supply air which is delivered the compressor whose energy supplied by the turbine itself varies with the average pressure of the engine cycle;
in a fourth arrangement, consisting in arranging in such a way, the two-stroke engines with equiourant compounds or not, one can modify their distribution so as to make go at the same time as the air mass evolving in the cycle, in addition to , the mass of sweeping air, and in a fifth arrangement consisting in arranging in such a way, the engines of the type in question, which can be varied, at the same time as the supply pressure of the cylinders of combustion, the volume of the combustion chamber and this, either in a progressive manner, or by successive stages by opening or closing communications established between said combustion chamber and additional capacities .
It relates more particularly to certain modes of application, as well as to certain embodiments, of said provisions and it relates more particularly still, and this as new industrial products, to devices of the type in question oomportaht application of said said provisions. provisions, special elements specific to their establishment, as well as fixed or mobile installations, in particular motor vehicles, comprising such engines.
And it can, in any case, be clearly understood with the aid of the additional description which follows, as well as of the appended sins, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication.
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Fig. 1 shows, in schematic section, a compound engine established in accordance with the intention.
Figs. 2,3,4 are explanatory diagrams intended to facilitate understanding of the invention.
Figs. 5 and 6 are diagrams of two regulation devices, established in accordance with the invention, which can be added to the aforesaid engine.
Figs. 7 and 8 are diagrams relating to the operation of the device forming the subject of FIG. 6.
Figs. 9,10,11 schematically show devices for varying the volume of the combustion chambers, established in accordance with the invention.
Finally, the rod 12 is a diagram corresponding to one of the additional provisions of the invention.
According to the invention and more especially according to that of its modes of application, as well as those of the embodiments of its various parts, to which it seems that preference should be given, proposing, for example, , to establish a compound motor, one goes about it as follows or in a similar way.
The whole of this engine is first established by having recourse to any suitable embodiment, such as that shown diagrammatically in fig. 1, by making it mainly comprise a certain number of low pressure cylinders 1 and a double number. high-pressure cylinders 2 ', suitable for operating according to a four-stroke combustion cycle, taking care to offset the pistons 3 and 4', 4 "by approximately 1800, coacting with said cylinders, so that, during the most of the cycle, the high pressure pistons go up as the low pressure pistons go down and vice versa.
To ensure the distribution of the high pressure cylinders, as well as to establish or interrupt the communication between the high pressure and low pressure cylinders, suitable shutters such as valves are provided.
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In order to ensure the distribution of the low pressure cylinders operating according to the two-stroke cycle in the known manner, shutters such as valves 7 as regards the exhaust and lights such as 8, masked and unmasked by the low pressure pistons, as regards the admission and the purging.
According to the invention, the gases can be directed, at their outlet from the low-pressure cylinders, to a turbine 9. Likewise, the purging air of the two-stroke cylinders can be compressed to the suitable pressure in several known ways, for example by a compressor 10 which can advantageously be driven by the turbine 9, the latter being able either to be completely independent of the engine, or to have its shaft coupled to the engine shaft.
The operation, according to the invention, of the assembly just described is as follows for a four-stroke combustion cycle (fig.l and diagrams of figs. 2 to 6)
When the piston 3 is in the vicinity of its bottom dead center, the pistons 41, and 4 ", offset by approximately 180 with respect to the piston 3, are both in the vicinity of their top dead center.
Therefore, when the piston 3 goes up, the two pistons 4 'and 4 "descend. With valve 5 open and valve 6 closed, piston 3, due to its large dimension compared to pistons 4' and 4 "compresses in the two cylinders 2 'and 2" (curves b1c1, b2c2 from the diagram in fig. 2). At point c, a little before the top dead center of piston 3, valve 5 closes. The pressure then continues. to rise along the curve c1 dl in cylinder 1 and the pressure drops slightly along c2 f2 in cylinder 2 '
During the downstroke of piston 4 ', the pressure therefore increased in cylinder 2' at the same time as in cylinder 1. In cylinder 2 ", whose valve was closed, the pressure decreased (dxtente a3 i3) .
In i3 valve 6 opens
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and the pressure drops to the value d3. During the descent of the piston 3 (rise of the pistons 4 'and 4 ") the gases of cylinders 1 and 2" relax simultaneously following the curves d1 a1, while, in the cylinder 2' whose valve 5 is closed, the pressure rises along the curve f2 d2.In d2 combustion takes place. In the vicinity of the bottom dead center of the piston 3, the exhaust valve 7 opens; the exhaust begins and, when said piston 3 discovers the ports 8, the sweeping takes place in cylinder 1. During the following revolution, the same operations ae reproduce in cylinder 1 the operation in the four cylinders time 2 'and 2 "is reversed.
A two-stage compression and expansion cycle has thus been achieved for which combustion takes place only in the high pressure cylinders which are the only ones subjected to high pressures and temperatures., Cylinder 1, operating according to the two-stroke cycle is subjected to lower pressures, but it is understood that it is possible to give the sections of the cylinders 1, on the one hand, and 2 'and 2 ", on the other hand, values such as work of cylinders 1 and 2 ', 2 "are little different, or even equal. (The engine work in the high pressure cylinders is equal to the difference of the hatches in the opposite direction in fig. 2).
In the event of a variation in load, it is possible to maintain equality of work in the low pressure and high pressure cylinders by varying the opening times of valves 5 and 6.
The latter, alternately licked by hot gases and by cold gases, remain at a low average temperature, compatible with their good behavior.
It is understood that, for the same mass of gas, brought into play, the ratio of the volume of the combustion chamber to the surface of the walls of the expansion space is smaller than if the same total work had been done in a single cylinder; there is therefore less heat lost through the walls and the efficiency of the motor can therefore be improved.
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It is known that the more the efficiency is improved the more the expansion of the gases is prolonged, as a result of which a greater part of the heat contained in said gases is converted into work.
However, according to the invention, the various elements of the assembly are determined in such a way that, for the most common use value of the engine torque, the expansion of the burnt gases in the low-pressure cylinder is prolonged until close to the supply pressure, which is why, as shown in the diagrams of FIG. 2, an expansion gour- ment d1 a1 longer than the compression stroke b1 cl, a result which can be obtained, for example, by closing the exhaust valve 7 late.
If we now want to increase the engine torque, we advance the closing of said exhaust valve; the quantity of air evolving in the cycle then being greater, the torque is higher, as shown by the diagrams in FIG. 3. However, the expansion is no longer prolonged to the supply pressure and the energy represented by the part of the dotted diagram is lost.
According to the invention, it is possible to avoid losing this energy by directing the exhaust gases, at their outlet from the low pressure cylinders, into a gas turbine; 9 which can be either coupled to the motor shaft, or better still, used to drive a supply compressor 10, for example centrifugal.
The diagrams in fig. 4 show that the greater the pressure at the exhaust (that is to say the greater the engine torque), the greater the energy recovered in the turbine 9 and the more the compressor can supercharge the engine. at high pressure; the motive power is thereby increased in large proportions while retaining a high efficiency due to the complete expansion of the burnt gases.
Still according to the invention, it is possible to proportion
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automatically or at will the quantity of fuel injected to the mass or to the pressure of the air moving in the cycle, for example by having recourse to a mechanism such as that shown in FIG. 5, making it possible to cause, by actuating a single control 11, the shifting of the cam 12 which controls the exhaust valve 7 and the displacement of the rod 13 ensuring the quantitative adjustment of the pump. 'injection 14.
For this purpose, it is possible, for example, as shown in FIG. 5, have recourse to a three-branch lever 15 coupled, on the one hand to the quantitative adjustment rod 13 and -on the other hand, to a sleeve such as 16 sliding at a time, by grooves of different inalinaisons, on the control shaft 17 and on the camshaft 18, these grooves being such that the sliding of the sleeve 16 causes a relative rotation of said shafts.
To the automatic quantitative control of the injection, we can add a hand control 19 acting on a rod 20, so as to be able, for each mass of air moving in the engine, to vary the torque by causing the variation. the quantity of fuel injected.
One can also, according to the invention, vary at the same time as the mass of air evolving in the cycle, the mass of purging air, which is why it is possible; for example, having recourse to a mechanism such as that shown in FIGS. 6, 7 and 8 making it possible to modify at the same time as the closing point of the exhaust valve 7, the angular value of the opening time of the purge orifices.
To this end, in the case where the scavenging air enters the cylinder 1 through openings 8, for example, said openings, to which there is then advantageously a low height, a valve such as 20 arranged in a chapel in the cylinder 1, at a determined point of the stroke of piston 3. The chapel itself being masked by piaton 3 from a certain value of the stroke, there is an opening or closing time much longer to be able to open
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or close said valve 20 by starting or ending this operation when the chapel is still or already hidden.
Thus, if one adopts a distribution corresponding to fig. 7, the valve 20 which begins to open at OA is fully open during the whole time or the chapel is unmasked and is not closed only in FA, when the chapel is already hidden; ' for this same timing of the cam 21 which controls the valve 20, the cam 11 which controls the exhaust valve 7 is firmly clamped so that said valve 20 is open from CE to FE.
If the two camshafts 12 and 21 are rotated by the same angle or by an angle proportional to the crankshaft, for example by combining them by a chain 22, it is seen in FIG. 8 that the opening of the valve 20 can be very delayed after the chapel itself has been unmasked, but in any case the admission will be terminated when the chapel has been masked again; the amount of purging air will therefore have decreased.
On the other hand, the simultaneous offset of the exhaust valve makes it possible to reduce the compression stroke at the same time and consequently to reduce the engine torque by reducing the mass of compressed air in the cylinder,
It will be understood that the device which has just been described is applicable to all two-stroke equicurrent engines, even if their cylinders are not compounded with four-stroke cylinders. It makes it possible to increase the efficiency of said motors by carrying out prolonged expansion and by proportioning the quantity of purging air to the motor torque.
The devices just described make it possible to overload compound engines within wide limits.
However, for high overloads, the pressures and temperatures in the high pressure cylinders could reach dangerous values.
According to the invention, it is possible to limit the value of the pressures in the high pressure cylinders by varying in a preferably automatic manner the space capacity.
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death of said high pressure cylinders, as a function of the supply pressure to these cylinders, and this, either continuously, as shown in FIGS.
9 and 10, by constituting the cylinder heads of each of the cylinders 2 ', 2 "by pistons 23, able to move axially in the cylinder, for example under the action of an irreversible screw and nut control, such as than that shown at 24 and 25, the nut being rotated by a rod 26, subjected to the action of a manometric capsule 27 receiving the supply pressure of the air from that of the cylinders 2 ', 2 "considered and further subjected to the action of two antagonist springs 28 and 29, or discontinuously, by communicating for example, by opening a valve 30 (fig.ll), the cylinder 21, 211, with an additional chamber 31.
The opening of said valve being controlled for example by a cam 32, the rotation of which is itself subjected to a member sensitive to variations in the supply pressure of the high pressure cylinders.
It is also possible to combine the control of the variation in the volume of the combustion chambers of the high pressure cylinders at the same time or separately with the quantitative variation of the injection.
In all cases, when additional chambers have been provided, each of them will advantageously be provided with an additional injector 33.
Finally, still according to the invention, the combustion and expansion phenomena can be improved by arranging in any suitable manner the supply orifices of the high pressure cylinders, for example by placing these orifices at an angle in said cylinders, as well as 'it is shown in fig.12, so as to rig a vortex movement.
As goes without saying and as already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its methods of application, nor to those of the embodiments of its various parts, having been more specially indicated; on the contrary, it embraces all the variants, in particular
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all those relating to the control arrangements for the valves which may be envisaged, to the offset between the high pressure and low pressure pistons, as well as to all the sweeping and supercharging arrangements generally used in two or more thermal engines. four-stroke.