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Perfectionnements aux moteurs à combustion interne et au char- gement de ceux-ci.
La présente invention concerne les moteurs à combustion interne.
Une caractéristique de l'invention est qu'un mélange com- bustible est formé avant l'allumage.
L'invention est particulièrement utile dans le cas de mo- teurs à pétrole mais on pense qu'elle peut être utilisée égale- ment dans le cas de moteurs fonctionnant au moyen de gaz ou d'hui- le lourde et dans ces deux cas un mélange combustible est formé avant l'allumage.
Un des buts principaux de l'invention est de fournir un moteur à combustion interne capable de fonctionner avec un rap- port de compression d'au moins 7 :1 avec des pressions finales de compression correspondant à des rapports de compression d'au moins 7 :1, le fait qu'un mélange combustible est formé avant l'allumage.
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L'invention prévoit un procédé pour faire fonctionner des moteurs à combustion interne, dans lequel une partie de la cha- leur acquise par l'air ou le mélange en raison de sa compression est enlevée avant l'allumage de façon à éviter la, détonation ou l'allumage spontané du combustible à des pressions de compres- sion correspondant à des rapports de compression d'au moins 7:1.
Dans le fonctionnement d'un moteur à combustion interne al- terna.tif dans lequel un mélange combustible est formé avant l'al- lumage suivant la présente invention, de l'air ou un mélange d'air et de combustible est comprimé à une pression correspon- dant à un rapport de compression d'au moins 7 :1 et est refroidi pendant la compression, ou pendant et après la compression, suf- fisamment pour éviter la détonation ou l'allumage anticipé.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention l'air ou la charge de mélange comprimé est emmagasiné après la compression et avant l'allumage, pendant une période adéquate pour permettre au combustible de se mélanger à l'air, par exem- ple pendant une période au cours de laquelle le piston exécute la moitié d'une course.
Un moteur à combustion interne suivant la présente invention est pourvu d'une chambre de préallumage comportant une communi- ca.tion commandée par soupape avec le cylindre de détente et vers laquelle l'air ou la charge d'air et de combustible est re- foulé jusqu'à la pleine pression de compression avant l'alluma- ge, et est en outre pourvu de moyens de refroidir l'air ou la charge de mélange, dans son trajet vers cette chambre, dans une mesure suffisante pour empêcher la détonation ou l'allumage spontané du combustible à des pressions de compression corres- pondant à des rapports de compression d'au moins 7:1.
Une soupape commandant l'écoulement de mélanges combustibles de la chambre de préallwnage vers le cylindre de travail s'ou- vre approximativement en même temps que commence la course mo-
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trice du piston.
Des moyens d'allumage appropriés, tels qu'une bougie d'allu- mage, peuvent être disposés dans la chambre de préallumage,
L'admission vers la chambre de préallumage est pourvue d'une soupape de retenue destinée à isoler cette chambre d'un réfri- gérant en série avec celle-ci.
Si on le désire, l'air ou le mélange peut être comprimé à la pleine pression de compression sur la face inférieure du pis- ton de moteur ou par une partie d'un piston différentiel, ou bien il peut être comprimé par un compresseur séparé.
Dans un moteur multi-cylindrique, l'air ou la charge de mé- lange pour l'emploi dans un cylindre peut être comprimé par le piston d'un autre cylindre et la compression peut être effectuée dans les cylindres de travail de moteurs ayant seulement une course motrice pour deux tours. De même, la compression peut être effectuée sur la face inférieure du piston de travail dans le cas de moteurs à simple effet ayant une seule course motrice par tour et dans ce cas on remarquera que bien que fonctionnant suivant un cycle à deux temps vu qu'on obtient une course mo- trice par tour, ces moteurs auront l'avantage d'obtenir une éva- cuation positive des produits de combustion du cylindre moteur par un mouvement du piston moteur dans le cylindre de travail.
Dans le cas d'un moteur fonctionnant avec du pétrole, le mélange de combustible peut être formé par injection de pétrole dans la chambre de préallumage ou dans la charge d'air comprimé en route vers cette chambre. Avec des rapports de compression suffisamment bas, du pétrole ou du gaz peut être attiré dans le compresseur,
Lorsqu'une huile lourde est employée, le mélange combusti- ble sera formé par injection d'huile lourde dans la chambre de préallumage ou dans la charge d'air comprimé en route vers cette chambre.
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Pour ce qui concerne la gamme de combustibles qui peut être employée avec la présente invention, on estime qu'on pour- rait employer n'importe quel combustible gazeux ou n'importe quel combustible liquide qui, dans les conditions de températu- re et de pression régnant à la. fin de la compression, se vapo- rise dans une mesure notable sans allumage spontané ni détona- tion ou en d'autres termes des combustibles liquides ayant un d'inflammation spontanée point sensiblement plus élevé que la température à la- quelle la vaporisation commence.
Pour ce qui concerne les moteurs à pétrole on remarquera que le refroidissement de l'air ou du mélange d'air et de com- bustible permettra d'employer des rapports de compression beau- coup plus élevés que ceux de la normale, ce qui permet d'obtenir des rendements sensiblement meilleurs.
Dans le cas de moteurs fonctionnant avec de l'huile lourde, on remarquera que l'injection du combustible dans la chambre de préallumage, dans laquelle la charge d'air est emmagasinée pendant un espace de temps appréciable, donne au combustible la possibilité de se mélanger convenablement à l'air de sorte qu'on peut s'attendre à une combustion relativement bonne du combustible et à l'utilisation sensiblement complète de la char- ge d'air. Sous ce rapport il est à remarquer que dans le mo- teur Diesel moyen, le temps disponible pour le mélange du com- bustible avec l'air est tellement court qu'une quantité impor- tante d'oxygène est expulsée avec les produits de combustion à la. fin de chaque course, ce qui a pour conséquence une réduction du rapport de la puissance au volume balayé par le piston.
Un autre avantage de la présente invention est que des pressions maxima relativement élevées peuvent être atteintes parce que l'allumage peut être commencé dans la chambre de pré- allumage avant la fin de la course d'échappement, de sorte qu'une pression considérable peut être produite dans la chambre de pré-
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allumage pour être transmise dans le cylindre de travail à la fin de la course d'échappement lorsque le volume du cylindre de travail est au minimum.
Pour ce qui concerne les différents combustibles qui peuvent être employés et leurs modes d'emploi, on estime que l'injection de pétrole ou d'un combustible gazeux ou bien l'injection à la fois de pétrole et d'un combustible gazeux directement dans la chambre d'allumage serait satisfaisante.
On estime toutefois qu'un mélange gazeux pourrait être formé vant la, compression et le mélange comprimé avant qu'il at- teigne la chambre de préallumage, pourvu que la température finale de compression ne soit pas élevée au point de provoquer un allumage spontané du combustible dans le compresseur et en outre que de l'huile lourde pourrait être injectée directe- ment dans la, chambre de préallumage pourvu, comme on l'a men- tionné plus haut, que le point d'inflammation spontanée du combustible soit sensiblement plus élevé que la température laquelle la vaporisation a commencé.
Le moteur suivant la présente invention pourrait, d'après ce qu'on pense, fonctionner de façon satisfaisante avec de la paraffine sans les difficultés de carburation habituel- lement liées aux moteurs , paraffine, vu que la paraffine peut être injectée directement dans la chambre de préallu- mage chaude.
Dans la présente invention, le balayage de la chambre de préallumage peut être effectué par le déplacement direct des produits de combustion par de l'air frais se détendant à partir d'une chambre de refroidissement placée en série avec celle-ci.
Pendant le balayage l'admission vers la, chambre de préal- lumage et la sortie de celle-ci sont toutes deux ouvertes. Le balayage est achevé lorsque la sortie de la chambre de préal-
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lumage est fermée, et l'injection de combustible est réglée de façon à commencer en un point approprié après cette fermeture.
Dans le cas d'un moteur multi-cylindrique, les chambres de préallumage des différents cylindres peuvent être alimentées à partir d'une chambre de transport commune vers laquelle les charges d'air comprimé sont amenées.
L'invention est décrite particulièrement avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
Fig, 1 est une vue en élévation en partie en coupe par la ligne 1-1 de la. Fig. 2 ;
Fig. 2 est une coupe horizontale par la ligne 2-2 de la Fig. 5;
Fig. 3 est une coupe verticale à plus grande échelle faite par la ligne 1-1 de la Fig. 2 ;
Fig.4 est une vue en plan correspondant aux Figs. 1 et 3;
Fig 5 est une coupe verticale partielle par la ligne 5-5 de la Fig. 2;
Fig. 6 est une coupe verticale partielle à plus grande échel- le montrant le moyen de commande de soupape; Fig. 7 est une coupe en élévation partielle montrant une partie du moyen d'actionnement de soupape; Tià. 8 est une vue en élévation partielle montrant une autre partie du moyen d'actionnement de soupape;
Fig. 9 est un diagramme théorique d'indicateur, montrant le fonctionnement du moteur.
Un piston 1, fonctionnant dans un cylindre 2 à refroidis- sement par eau, est relié par une tige de piston 3 à une cros- sette - fonctionnant dans des guides 5, la crossette étant re- liée par une bielle 6 à une manivelle 7. Le. détente et l'é- chappement sont effectués au-dessus diu piston 1 et la, compres- sion de la charge d'air est effectuée en-dessous du piston 1,
Si on se reporte aux Figs.
2 à 5 on remarque que de l'air
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est aspiré vers la face inférieure du piston par les soupapes 8 lors de la course ascendante du piston et que lors de la course descendante, cet air est évacué par les soupapes 9 au moyen de quatre passages de refroidissement 10 vers une chambre 11 de refroidissement et de transport disposée dans la chemise d'eau du cylindre,
De la chambre de refroidissement 11, l'air est refoulé pendant la course de descente du piston, en passant par une sou- pape 12 chargée d'un ressort et fonctionnant automatiquement dans une chambre de préallumage 13. Le combustible, de préféren- ce du pétrole, est envoyé dans la chambre de préallumage 13 par une conduite ou une tubulure 15 en venant d'une pompe à combus- tible appropriée 70.
L'allumage du mélange est effectué par une bougie d'al- lumage 14.
La communication entre la chambre de préallumage 13 et le cylindre de travail 16 est commandée par la soupape 17 actionnée mécaniquement tandis que l'échappement du cylindre 16 est comman- dée par une soupape actionnée mécaniquement 18.
On remarquera que la compression de l'air dans la chambre de préallumage 13 s'achève à la fin de la course descendante du piston 1 et que la charge d'air est maintenue ou emmagasinée dans la chambre de préallumage 13 pendant une grande partie de -la course d'échappement du piston 1. La charge de combustible peut être injectée dans la chambre de préallumage 13 immédia- tement après la fin de la compression, de sorte qu'il y a un temps adéquat pour que le combustible se mélange complètement à l'air et le mélange sera facilité en vertu du fait que l'air est relativement échauffé.
L'allumage se produit avant que le piston 1 atteigne la fin de sa course d'échappement de sorte qu'une pression impor- tante est créée dans la chambre de préallumage au moment où le
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piston atteint la fin de sa course d'échappement. La soupape 17 peut être réglée pour s'ouvrir exactement à la fin de la course d'échappement ou très légèrement avant.
On remarquera que tandis que ce moteur est capable d'effec- tuer une course motrice par tour du moteur, il a malgré cela l'a- vantage de procurer un échappement positif des produits de com- bustion en vertu du mouvement vers le haut du piston.
Les soupapes 8 et 9 sont actionnées respectivement par des cames 20 et 21 par 1'intermédiaire de tiges de poussée 22 et 23.
La tige de poussée 22 actionne un levier 24 qui est calé sur un arbre 25 auquel sont reliés deux bras d'actionnement 26 qui s'é- tendent en-dessous de la tige de la soupape 8. La tige de pous- sée 23 actionne un levier 29 calé sur un arbre 30 sur lequel sont montés deux leviers 31 qui butent contre des leviers corres- pondant 32 en forme de T montés sur un arbre 33. Chaque levier en forme de T s'engage dans une douille située à l'extrémité d'une soupape 9, laquelle est/fermée au moyen d'un ressort 34 relié à un autre bras du levier/32.
La soupape 17 est actionnée par une came 40 agissant par l'intermédiaire d'une tige de poussée 41 pour actionner un le- vier 42 (voir Figs. 4 et 7) calé sur un a.rbre 43 sur lequel est monté de façon fixe un levier 44 qui vient en prise avec une douille appropriée de la tige de la, soupape 17. La soupape 18 est commandée par une came 50 par l'intermédiaire de la tige de poussée 51 qui actionne un levier 52 monté librement sur l'ex- trémité de l'arbre 43. Le levier 52 porte un secteur denté 53 venant en prise avec un secteur denté correspondant 54 fixé an- gulairement par rapport à un levier 55 monté sur un arbre 56, lequel levier 55 vient en prise à son extrémité avec la tige de la soupape 18.
Le moteur représenté au dessin convient pour fonctionner avec un rapport de compression d'environ 14:1,
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Le volume des passages 10 et de la chambre 11 doit être suffisant pour éviter un frottement excessif et dans le moteur particulier représenté au dessin, le volume total des passages 10 et de la chambre 11 vaut environ 4 fois le volume de la chambre de préallumage 13.
Dans des variantes de construction, le piston 1 peut être construit sous la forme d'un piston en gradin et la tige de piston 3 et la crossette + peuvent être éliminées par la dispo- sition d'un tablier sur la face inférieure du piston 1, de plus petit diamètre que le piston lui-même mais de plus grand diamè- tre que la tige de piston 3, le tablier étant guidé de façon appropriée dans une buselure de la face inférieure du cylindre, les soupapes étant disposées dans l'espace annulaire entre la paroi du cylindre et le tablier du piston. La bielle peut être reliée au moyen d'un pivot au piston. Par ces moyens on peut obtenir un plus grand rapport de détente, ce qui abaisse la tem- pérature et la pression des produits de combustion au moment de l'échappement.
Si on le désire, les soupapes 8 et 9 peuvent être action- nées automatiquement, c'est-à-dire qu'elles peuvent être char- gées d'un ressort et actionnées automatiquement respectivement par les pressions d'aspiration et de décharge. Dans ce cas les soupapes doivent être établies de façon appropriée en tenant compte de la vitesse du moteur.
Si on se rapporte au diagramme indicateur représenté à la Fig. 9, l'air ou le mélange d'air et de combustible est aspiré sur la face inférieure du piston suivant la ligne A-B et est comprimé suivant la ligne B-C. Au point C la soupape 9 s'ouvre et la pression continue à s'élever dans le cylindre de compres- sion, les tuyaux de refroidissement 10, la chambre 11 et la chambre de préallumage 13 suivant la ligne C-D. A la fin de la course vers le bas, la pression dans la chambre de compression
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tombe suivant la ligne D-A tandis que pendant la course vers le haut du piston, la, pression dans la chambre de préallumage 13 tombe très légèrement suivant la ligne D-E, l'allumage ayant lieu au point E un peu avant la fin de la course ascensionnelle du piston.
La pression s'élève rapidement suivant la ligne E-F, la soupape 17 s'ouvrant approximativement au point F, après quoi la détente a lieu suivant la ligne F.G.H. Au point H, la soupape 17 étant toujours ouverte, .la pression dans la chambre 13 devient justement moindre que celle régnant dans les chambres 10, 11, de sorte que la. soupape 12 s'ouvre et que la, détente continue dans le cylindre de travail, la chambre de préallumage 13 et les chambres 10, 11 suivant la ligne H-I, l'air frais ex- pulsant partiellement les produits de combustion laissés dans la chambre de préallumage 13. Au point 1 la, soupape 17 se fer- me, après quoi la détente continue dans le cylindre de travail seulement, suivant la ligne I-J.
La soupape d'échappement 18 s'ouvre approximativement au point J et le piston se mouvant vers le haut, l'échappement continue suivant la ligne J-K et en ce dernier point la soupape d'échappement 18 se ferme.
Pour ce qui concerne le cycle de pression dans les tuyaux 10 et la chambre 11, la. pression tombe graduellement après la fin de la compression suivant les lignes D-L et L-H, après quoi en raison de l'ouverture de la valve 12 la, pression tombe avec la détente dans le cylindre suivant la ligne H-I.
La pression dans les chambres 10 et 11 est sensiblement constante suivant la ligne I-C. la soupa,pe 17 se fermant au point I et la, soupape 9 s'ouvrant au point C, après quoi la pression s'é- lève suivant la ligne C-D tandis que la compression continue pendent la dernière partie du mouvement de descente du piston.
Comme on l'aura observé, la présente invention permet d'em- ployer des rapports de compression relativement élevés avec la formation d'un mélange combustible avant l'inflammation et on estime que des rapports de compression de 20 :1 ou 25:1 seraient
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praticables pourvu que, naturellement, un refroidissement adé- quat de la charge soit effectué a,vant l'allumage.
Résumé.
En résumé l'invention concerne :
1. Un procédé de fonctionnement de moteurs à combustion interne, dans lequel une partie de la chaleur acquise par l'air ou le mélange en raison de sa compression est enlevée avant l'allumage pour éviter l'allumage spontané du combustible à des pressions de compression correspondant à des rapports de compression d'au moins 7:1.
2. Dans le fonctionnement d'un moteur à combustion interne alternatif, dans lequel un mélange combustible est formé avant l'allumage, les cara.ctéristiques consistant à comprimer l'air ou le mélange de combustible et d'air à une pression corres- pondant à un rapport de compression d'au moins 7 à 1 et à re- froidir l'air ou le mélange pendant, ou pendant et après la, compression, suffisamment pour éviter la détonation ou l'allu- mage anticipé.
3, Dans le fonctionnement d'un moteur à combustion inter- ne alternatif, dans lequel un mélange combustible est formé avant l'allumage, les caractéristiques consistant à comprimer l'air ou le mélange d'air et de combustible à une pression cor- respondant à un rapport de compression d'au moins sept à un, à emmagasiner la charge d'air ou de mélange après compression et avant l'allumage, de préférence pendant une période au cours de laquelle le piston exécute au moins une demi-course, et à refroidir l'air ou le mélange pendant, ou pendant et après la compression, suffisamment pour éviter la détonation ou l'allumage anticipé.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Improvements to internal combustion engines and their charging.
The present invention relates to internal combustion engines.
A feature of the invention is that a combustible mixture is formed before ignition.
The invention is particularly useful in the case of petroleum engines but it is believed that it can also be used in the case of engines operated by means of gas or heavy oil and in both these cases a combustible mixture is formed before ignition.
One of the main objects of the invention is to provide an internal combustion engine capable of operating with a compression ratio of at least 7: 1 with final compression pressures corresponding to compression ratios of at least 7. : 1, the fact that a combustible mixture is formed before ignition.
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The invention provides a method of operating internal combustion engines, in which a part of the heat acquired by the air or the mixture due to its compression is removed before ignition so as to avoid detonation. or spontaneous ignition of the fuel at compression pressures corresponding to compression ratios of at least 7: 1.
In the operation of an alternative internal combustion engine in which a combustible mixture is formed prior to ignition according to the present invention, air or a mixture of air and fuel is compressed to a minimum. pressure corresponding to a compression ratio of at least 7: 1 and is cooled during compression, or during and after compression, sufficient to avoid detonation or premature ignition.
According to another feature of the present invention the air or charge of compressed mixture is stored after compression and before ignition, for a period adequate to allow the fuel to mix with air, for example for a period of time. period during which the piston performs half a stroke.
An internal combustion engine according to the present invention is provided with a pre-ignition chamber having valve-controlled communication with the expansion cylinder and to which air or the charge of air and fuel is returned. sprained to full compression pressure before ignition, and is further provided with means for cooling the air or mixture charge in its path to that chamber to an extent sufficient to prevent detonation or spontaneous ignition of fuel at compression pressures corresponding to compression ratios of at least 7: 1.
A valve controlling the flow of fuel mixtures from the preallowment chamber to the working cylinder opens approximately at the same time as the current stroke begins.
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piston trice.
Appropriate ignition means, such as a spark plug, may be placed in the pre-ignition chamber,
The inlet to the pre-ignition chamber is provided with a check valve intended to isolate this chamber from a refrigerant in series therewith.
If desired, the air or mixture can be compressed to full compression pressure on the underside of the engine piston or by part of a differential piston, or it can be compressed by a separate compressor. .
In a multi-cylinder engine, the air or mixture charge for employment in one cylinder can be compressed by the piston of another cylinder and compression can be effected in the working cylinders of engines having only a driving race for two laps. Likewise, the compression can be carried out on the underside of the working piston in the case of single-acting engines having only one driving stroke per revolution and in this case it will be noted that although operating in a two-stroke cycle since one motor stroke per revolution is obtained, these motors will have the advantage of obtaining a positive evacuation of the combustion products from the motor cylinder by a movement of the motor piston in the working cylinder.
In the case of an engine running on petroleum, the fuel mixture can be formed by injecting petroleum into the pre-ignition chamber or into the charge of compressed air en route to this chamber. With sufficiently low compression ratios, oil or gas can be drawn into the compressor,
When heavy oil is employed, the combustible mixture will be formed by injecting heavy oil into the pre-ignition chamber or into the charge of compressed air en route to that chamber.
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With respect to the range of fuels which can be employed with the present invention, it is believed that any gaseous fuel or any liquid fuel could be employed which under the conditions of temperature and temperature. pressure reigning at the. At the end of compression, vaporizes to a substantial extent without spontaneous ignition or detonation or in other words liquid fuels having an spontaneous ignition point substantially higher than the temperature at which vaporization begins.
With regard to petroleum engines, it should be noted that cooling the air or the mixture of air and fuel will allow the use of compression ratios much higher than those of normal, which allows to obtain significantly better returns.
In the case of engines operating on heavy oil, it will be noted that the injection of the fuel into the pre-ignition chamber, in which the air charge is stored for an appreciable period of time, gives the fuel the possibility of settling. mix well with air so that relatively good combustion of the fuel and substantially complete utilization of the air charge can be expected. In this respect it should be noted that in the average diesel engine, the time available for mixing the fuel with air is so short that a large quantity of oxygen is expelled with the combustion products. to the. end of each stroke, resulting in a reduction in the ratio of power to volume swept by the piston.
Another advantage of the present invention is that relatively high maximum pressures can be achieved because ignition can be started in the pre-ignition chamber before the end of the exhaust stroke, so that considerable pressure can be started. be produced in the pre-
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ignition to be transmitted into the working cylinder at the end of the exhaust stroke when the volume of the working cylinder is at minimum.
With regard to the different fuels that can be used and their instructions for use, it is considered that the injection of petroleum or a gaseous fuel or the injection of both petroleum and a gaseous fuel directly into the ignition chamber would be satisfactory.
It is believed, however, that a gas mixture could be formed before the compression and the compressed mixture before it reaches the pre-ignition chamber, provided that the final compression temperature is not so high as to cause spontaneous ignition of the gasket. fuel in the compressor and further that heavy oil could be injected directly into the pre-ignition chamber provided, as mentioned above, that the spontaneous ignition point of the fuel is appreciably higher. higher than the temperature at which vaporization started.
The motor according to the present invention could, it is believed, run satisfactorily with paraffin without the carburizing difficulties usually associated with paraffin motors, since the paraffin can be injected directly into the chamber. hot pre-ignition.
In the present invention, the scavenging of the pre-ignition chamber can be effected by the direct displacement of the combustion products by cool air expanding from a cooling chamber placed in series therewith.
During the sweep the inlet to the pre-ignition chamber and the outlet thereof are both open. Scanning is complete when the exit from the pre-chamber
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lumage is closed, and fuel injection is set to begin at an appropriate point after this shutdown.
In the case of a multi-cylinder engine, the pre-ignition chambers of the different cylinders can be supplied from a common transport chamber to which the charges of compressed air are brought.
The invention is described particularly with reference to the accompanying drawings in which:
Fig, 1 is an elevational view partly in section taken along line 1-1 of the. Fig. 2;
Fig. 2 is a horizontal section taken along the line 2-2 of FIG. 5;
Fig. 3 is a vertical section on a larger scale taken by the line 1-1 of FIG. 2;
Fig.4 is a plan view corresponding to Figs. 1 and 3;
Fig 5 is a partial vertical section taken on line 5-5 of Fig. 2;
Fig. 6 is a partial vertical section on a larger scale showing the valve control means; Fig. 7 is a partial elevational section showing part of the valve actuating means; Tià. 8 is a partial elevational view showing another part of the valve actuating means;
Fig. 9 is a theoretical indicator diagram, showing the operation of the engine.
A piston 1, operating in a water-cooled cylinder 2, is connected by a piston rod 3 to a cros- sette - operating in guides 5, the crank being connected by a connecting rod 6 to a crank 7 . The. expansion and exhaust are carried out above piston 1 and the compression of the air charge is carried out below piston 1,
If we refer to Figs.
2 to 5 we notice that air
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is sucked towards the underside of the piston by the valves 8 during the upward stroke of the piston and that during the downward stroke, this air is discharged through the valves 9 by means of four cooling passages 10 towards a cooling chamber 11 and transport arranged in the water jacket of the cylinder,
From the cooling chamber 11, the air is discharged during the downstroke of the piston, passing through a valve 12 loaded with a spring and operating automatically in a pre-ignition chamber 13. The fuel, preferably Petroleum is sent to the pre-ignition chamber 13 through a pipe or tubing 15 from a suitable fuel pump 70.
The mixture is ignited by a spark plug 14.
The communication between the pre-ignition chamber 13 and the working cylinder 16 is controlled by the mechanically actuated valve 17 while the exhaust from the cylinder 16 is controlled by a mechanically actuated valve 18.
It will be noted that the compression of the air in the pre-ignition chamber 13 is completed at the end of the downward stroke of the piston 1 and that the charge of air is maintained or stored in the pre-ignition chamber 13 for a large part of the time. -the exhaust stroke of piston 1. The fuel charge can be injected into the pre-ignition chamber 13 immediately after the end of compression, so that there is adequate time for the fuel to mix completely. to air and mixing will be facilitated by virtue of the fact that the air is relatively heated.
Ignition occurs before piston 1 reaches the end of its exhaust stroke so that significant pressure is created in the pre-ignition chamber as the
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piston reaches the end of its exhaust stroke. The valve 17 can be adjusted to open exactly at the end of the exhaust stroke or very slightly before.
It will be appreciated that while this engine is capable of performing one driving stroke per engine revolution, it nevertheless has the advantage of providing positive exhaust of the combustion products by virtue of the upward movement of the engine. piston.
The valves 8 and 9 are actuated respectively by cams 20 and 21 via push rods 22 and 23.
The push rod 22 actuates a lever 24 which is wedged on a shaft 25 to which are connected two actuating arms 26 which extend below the stem of the valve 8. The push rod 23 actuates a lever 29 wedged on a shaft 30 on which are mounted two levers 31 which abut against corresponding T-shaped levers 32 mounted on a shaft 33. Each T-shaped lever engages a socket located at the end of a valve 9, which is / closed by means of a spring 34 connected to another arm of the lever / 32.
The valve 17 is actuated by a cam 40 acting via a push rod 41 to actuate a lever 42 (see Figs. 4 and 7) wedged on a shaft 43 on which is fixedly mounted a lever 44 which engages a suitable socket of the valve stem 17. The valve 18 is controlled by a cam 50 through the push rod 51 which actuates a lever 52 freely mounted on the ex end of the shaft 43. The lever 52 carries a toothed sector 53 engaging with a corresponding toothed sector 54 fixed angularly with respect to a lever 55 mounted on a shaft 56, which lever 55 engages at its end with the valve stem 18.
The engine shown in the drawing is suitable for operation with a compression ratio of approximately 14: 1,
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The volume of the passages 10 and of the chamber 11 must be sufficient to avoid excessive friction and in the particular engine shown in the drawing, the total volume of the passages 10 and of the chamber 11 is approximately 4 times the volume of the pre-ignition chamber 13 .
In alternative construction, the piston 1 can be constructed as a stepped piston and the piston rod 3 and the crossette + can be eliminated by the provision of an apron on the underside of the piston 1. , smaller in diameter than the piston itself but larger in diameter than piston rod 3, the apron being suitably guided in a nozzle on the underside of the cylinder, the valves being arranged in space annular between the cylinder wall and the piston apron. The connecting rod can be connected by means of a pivot to the piston. By these means, a greater expansion ratio can be obtained, which lowers the temperature and pressure of the combustion products at the time of exhaust.
If desired, the valves 8 and 9 can be actuated automatically, that is to say, they can be spring loaded and actuated automatically by the suction and discharge pressures respectively. In this case the valves must be set appropriately taking into account the engine speed.
If we refer to the indicator diagram shown in FIG. 9, the air or the mixture of air and fuel is sucked on the underside of the piston along line A-B and is compressed along line B-C. At point C valve 9 opens and pressure continues to rise in the compression cylinder, cooling pipes 10, chamber 11 and pre-ignition chamber 13 along line C-D. At the end of the down stroke, the pressure in the compression chamber
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falls along the line DA while during the upward stroke of the piston the pressure in the pre-ignition chamber 13 drops very slightly along the line DE, the ignition taking place at point E a little before the end of the upward stroke piston.
The pressure rises rapidly along line E-F, valve 17 opening approximately at point F, after which the expansion takes place along line F.G.H. At point H, with the valve 17 still open, the pressure in the chamber 13 becomes precisely less than that prevailing in the chambers 10, 11, so that the. valve 12 opens and that the expansion continues in the working cylinder, the pre-ignition chamber 13 and the chambers 10, 11 along the HI line, the fresh air partially expelling the combustion products left in the combustion chamber. pre-ignition 13. At point 1a, valve 17 closes, after which expansion continues in the working cylinder only, following line IJ.
The exhaust valve 18 opens approximately at point J and with the piston moving upward, the exhaust continues along the line J-K and at this last point the exhaust valve 18 closes.
As regards the pressure cycle in the pipes 10 and the chamber 11, the. pressure drops gradually after the end of compression along lines D-L and L-H, after which due to the opening of valve 12a, pressure drops with the expansion in the cylinder along line H-I.
The pressure in chambers 10 and 11 is substantially constant along line I-C. the valve, eg 17 closing at point I and the, valve 9 opening at point C, after which the pressure rises along the line CD while the compression continues during the last part of the downward movement of the piston .
As will be observed, the present invention allows relatively high compression ratios to be employed with the formation of a combustible mixture prior to ignition and it is estimated that compression ratios of 20: 1 or 25: 1 would be
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passable provided that, of course, adequate cooling of the charge is effected before ignition.
Summary.
In summary, the invention relates to:
1. A method of operating internal combustion engines, in which part of the heat acquired by the air or the mixture due to its compression is removed before ignition to prevent spontaneous ignition of the fuel at pressures of compression corresponding to compression ratios of at least 7: 1.
2. In the operation of a reciprocating internal combustion engine, in which a combustible mixture is formed before ignition, the characteristics of compressing the air or the mixture of fuel and air to a corresponding pressure. providing a compression ratio of at least 7 to 1 and cooling the air or mixture during, or during and after the compression, sufficiently to avoid detonation or anticipated ignition.
3, In the operation of an internal reciprocating combustion engine, in which a combustible mixture is formed before ignition, the characteristics of compressing the air or the mixture of air and fuel to a correct pressure. corresponding to a compression ratio of at least seven to one, to store the charge of air or mixture after compression and before ignition, preferably during a period in which the piston performs at least half a stroke , and cooling the air or mixture during, or during and after compression, sufficiently to avoid detonation or anticipated ignition.
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