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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 et le chargement de ceux-ci..
Dans un moteur à combustion interne suivant la présente invention, de l'air ou un mélange d'air et de combustible est envoyé sous compression dans une chambre fermée dans laquelle la combustion est amorcée, après quoi la communication est éta- blie entre cette chambre et le cylindre de travail.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, un moteur à combustion interne est pourvu d'une chambre de préallumage communiquant sous la commande d'une soupape avec le cylindre de détente et dans laquelle l'air est amené sous pleine pression de compression avant son passage dans le cylindre de détente.
Suivant une autre caractéristique encore de la présente
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invention un moteur à combustion interne alternatif comporte une chambre de préallumage communiquant sous la commande d'une sou- pape avec le cylindre de détente et dans laquelle l'air est em- magasiné avant l'allumage.
Dans un moteur suivant la présente invention, les charges d'air peuvent être comprimées à la pleine pression de compres- sion par le piston du moteur pendant la course motrice du moteur et peuvent être emmagasinées dans une chambre de préallumage de telle sorte que le piston, tout en exécutant une course motrice par tour, est capable d'effectuer une course d'échappement par tour de façon à évacuer positivement les produits de combustion.
La compression est de préférence exécutée à la pleine pres- sion de compression d'un côté du piston et la détente est effec- tuée de l'autre côté du piston pendant la même course. La char- ge d'air comprimé est emmagasinée dans la chambre de préallumage jusqu'à ce que le piston s'approche de la fin de sa course d'é- chappement ou atteigne celle-ci.
La combustion est commencée dans cette chambre de préallu- mage qui peut être pourvue d'une bougie d'allumage,
Le combustible peut être fourni à la. charge d'air comprimé dans la chambre de préallumage ou avant son entrée dans la cham- bre de préallumage, c'est-à-dire dans le trajet vers celle-ci. pourrait être
On pense que du gaz ou un combustible liquide léger aspiré avec l'air par l'admission vers le côté de compression du piston.
Dans un moteur multi-cylindrique la charge d'air ou de mé- lange d'un cylindre du moteur peut être amenée à la chambre de préallumage d'un autre cylindre.
Un des avantages principaux du moteur de la présente in- vention est qu'on peut obtenir un échappement positif des pro- duits de combustion par le mouvement vers l'extérieur du piston à la fin de sa course d'échappement, tandis qu'en même temps à
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cause de la disposition de la chambre de préallumage et de la compression des charges d'air du côté inférieur du piston, on obtient l'avantage qu'une course motrice est réaliséepar tour du moteur.
Si on le désire, la chambre de préallumage peut être dispo- sée en série avec un réfrigérant capable de refroidir la charge d'air suffisamment pour empêcher la détonation ou l'allumage spontané lorsqu'on forme un mélange combustible avant l'allumage, et lorsqu'on utilise des pressions de compression relativement élevées correspondant à des rapports de compression de 10 ou 16 à 1.
En pareils cas, le moteur de la présente invention convient pour l'emploi avec du pétrole mais on pense qu'il peut être em- ployé de façon satisfaisante également avec de la, paraffine ou avec des combustibles gazeux ou encore avec n'importe quels com- bustibles liquides tels que les huiles lourdes qui, dans les con- ditions de température et de pression régnant à la fin de la com- pression, se vaporisent dans une mesure notable sans allumage spontané ni détonation, ou en d'autres termes des combustibles inflammation spontanée liquides ayant un point d' sensiblement plus élevé que la température à laquelle la vaporisation commence.
Si on le désire toutefois, la formation d'un mélange com- bustible avant l'allumage peut être éliminée, auquel cas le réfrigérant peut être supprimé et la charge d'air comprimé est maintenue à une température suffisamment élevée pour assurer l'allumage spontané subséquent à l'injection du combustible dans la chambre de préallumage. Dans ce cas le passage de transport du cylindre de compression vers la chambre de préallumage est maintenu chaud, par exemple par un moyen calorifuge approprié, et il peut être chauffé par les gaz d'échappement du moteur*
L'invention est décrite plus particulièrement avec référen- ce aux dessins annexés dans lesquels :
Fig, 1 est une vue en élévation, en partie en coupe par la
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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 par la ligne 1-1 de la Fig. 2.
Fig. est une vue en plan correspondant aux Figs. 1 et 3.
Fig. 5 est une coupe partielle verticale par la ligne 5-5 de la Fig. 2.
Fig. 6 est une coupe verticale partielle à plus grande échelle montrant le moyen d'actionnement de soupape.
Fig. 7 est une vue en élévation partielle montrant une partie du moyen d'actionnement de soupape.
Fig. 8 est une vue en élévation partielle montrant une autre partie du moyen d'actionnement de soupape.
Fig. 9 est un diagramme d'indicateur théorique montrant le fonctionnement du moteur.
Le piston 1, fonctionnant dans un cylindre 2 à refroidis- sement par eau, est relié par une tige de piston 3 à une cros- sette 4 se mouvant dans des guides 5, la crossette étant reliée par une bielle 6 à une manivelle 7. La détente et l'échappement sont effectués au-dessus du piston 1 et la compression de la charge d'air est effectuée sous le piston 1.
Si l'on se reporte aux Figs. 2 à 5 on remarque que l'air est aspiré sous la face inférieure du piston par les soupapes 8 lors de la. course ascendante du piston et que lors de la course descendante, il est évacué par les soupapes 9 à travers des passages de refroidissement 10 vers une chambre de refroidisse- ment et de transport 11 disposée dans la chemise d'eau du cy- lindre.
A partir de la chambre de refroidissement 11, l'air est re- foulé pendant la course descendante du piston à travers une sou-
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pape 12 chargée d'un ressort, fonctionnant automatiquement, dans une chambre de préallwnage 13, Du combustible, de préférence du pétrole, est amené dans la chambre de préallumage 13 par une liaison ou une tubulure 15 en venant d'une pompe à combustible appropriée 70.
L'allumage du mélange est effectué par une bougie d'alluma- ge 14,
La communication entre la chambre de préallumage 13 et le cylindre de travail 16 est commandée par une soupape 17 actionnée automatiquement tandis que l'échappement du cylindre 16 est com- mandé par une soupape 18 actionnée mécaniquement..
On remarquera que la compression de l'air dans la chambre de préallumage 13 s'achève à la fin de la course de descente 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 combusti- ble peut être injectée dans la chambre de préallumage 13 immé- diatement âpres la.fin de la,compression, de sorte que le com- bustible aura un temps adéquat pour se mélanger complètement à l'air et que le mélange est facilité par suite du fait que l'air est relativement échauffé.
L'allumage a lieu avant que le piston 1 atteigne la fin de sa course d'échappement, de sorte qu'une pression notable s'é- tablit dans la chambre de préallumage au moment où le piston atteint la fin de sa course d'échappement. La soupape 17 est réglée de façon à s'ouvrir exactement à la fin de la course d'é- chappement 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 néanmoins l'a- vanta,ge de réaliser un échappement positif des produits de la combustion par suite du mouvement ascensionnel du piston.
Les soupapes 8 et 9 sont actionnées respectivement par les
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cames 20, 21 par l'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'étendent en-dessous des tiges des soupapes 8. La tige de poussée 23 actionne un levier 29 calé sur un arbre 30 sur le- quel sont montés deux leviers 31 qui butent contre des leviers correspondants 32 en forme de T, montés sur un arbre 33, Cha- que levier en forme de T s'engage dans une douille située à l'extrémité d'une soupape 9 qui 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 arbre 43 sur lequel est monté de façon fixe un levier 44 qui vient en prise dans une douille appropriée de la tige de la soupa,pe17. La soupape 18 est commandée par une came 50 par l'intermédiaire d'une 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 sous un angle par rapport à un levier 55 monté sur un arbre 56, le- quel levier 55 vient en prise à son extrémité avec la tige de la soupape 18. Le moteur représenté aux dessins convient pour le fonctionnement avec un rapport de compression d'environ 14:1.
Le volume des passages 10 et de la chambre 11 doit être suffisant pour éviter un frottement excessif et dans le moteur particulier des dessins, le volume total des passages 10 et de la chambre 11 vaut environ quatre fois le volume de la chambre de préallumage 13.
Dans des formes de réalisation différentes, le piston 1 peut être construit comme un piston en gradin et la tige de piston 3 et la crossette 4 peuvent être éliminées moyennant la disposition d'un tablier à la partie inférieure du piston 1,
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de plus petit diamètre que le piston lui-même mais de plus grand diamètre que la tige de piston 3, le tablier étant guidé de fa- Son appropriée dans une buselure de la partie inférieure du cy- lindre, les soupapes étant disposées dans l'espace annulaire en- tre la paroi du cylindre et le tablier du piston. La bielle peut être reliée au moyen d'un pivot à l'intérieur du piston.
Par ces moyens on peut obtenir un plus grand rapport de détente ce qui abaisse la température et la pression finales 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 d'expulsion. Dans ce cas, les soupapes doivent être établies de fagon appropriée en tenant compte de la vitesse du moteur.
Si l'on se reporte au diagramme d'indicateur représenté à la Fig. 9, on voit que l'air ou le mélange d'air et de combusti- ble est aspiré sous la face inférieure du piston suivant la ligne A-B et est comprimé suivant la ligne B-C. Au point C la soupa- pe 9 s'ouvre et la pression continue à s'élever dans le cylindre de compression, 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 compres- sion tombe suivant la ligne D-A tandis que pendant la course ascensionnelle du piston, la pression dans la chambre de préal- lumage 13 tombe très légèrement suivant la ligne D-E, l'allumage ayant lieu au point E un peu avant la fin de la course ascen- sionnelle du piston.
La pression s'élève rapidement le long de 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 encore ouverte, la pression dans la chambre 13 devient juste moindre que celle dans les chambres
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10, 11 de sorte que la soupape 12 s'ouvre et que la. détente con- tinue dans le cylindre de travail, la chambre de préallumage 13 et les chambres 10, 11 suivant la, ligne H-I, l'air frais expul- sent partiellement les produits de combustion laissés dans la chambre (lE': préallumage 13. Au point 1 la. soupape se ferme, après quoi la détente continue dans le cylindre detravail seul, sui- vant la, ligne I-J. La soupape d'éhappement 18 s'ouvre appro- ximativement au point J et lorsque le piston se déplace vers le haut l'échappement se continue suivent la ligne J-K, et en ce dernier point la soupspe 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 DL 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, pres- sion dans les chambres 10 et 11 est sensiblement constante sui- vant la ligne I-C. la soupape 17 se feront au point I et la sou- pape 9 s'ouvrant au point C, après quoi la, pression s'élève sui- vent la ligne C-D tandis que la compression continue pendant la dernière partie du mouvement de d.escente 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 inflammation et l'on pense que des rapports de compression de 20 :1 ou 25 :1 seraientpraticables, pourvu naturellement qu'un refroidissement adéquat de la charge soit effectué avant l'allumage.
**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 and the charging thereof.
In an internal combustion engine according to the present invention, air or a mixture of air and fuel is compressed into a closed chamber in which combustion is initiated, after which communication is established between this chamber. and the working cylinder.
According to another characteristic of the invention, an internal combustion engine is provided with a pre-ignition chamber communicating under the control of a valve with the expansion cylinder and into which the air is supplied under full compression pressure before its passage through the expansion cylinder.
According to yet another characteristic of the present
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A reciprocating internal combustion engine has a pre-ignition chamber communicating under valve control with the expansion cylinder and in which air is stored prior to ignition.
In an engine according to the present invention, the air charges can be compressed to full compression pressure by the engine piston during the engine stroke of the engine and can be stored in a pre-ignition chamber such that the piston , while performing one driving stroke per revolution, is capable of performing one exhaust stroke per revolution so as to positively discharge combustion products.
Compression is preferably performed at full compression pressure on one side of the piston and rebound is performed on the other side of the piston during the same stroke. The charge of compressed air is stored in the pre-ignition chamber until the piston approaches or reaches the end of its exhaust stroke.
Combustion is started in this pre-ignition chamber which can be fitted with a spark plug,
Fuel can be supplied to the. charge of compressed air in the pre-ignition chamber or before it enters the pre-ignition chamber, that is to say in the path to it. could be
It is believed to be gas or a light liquid fuel drawn with air through the inlet to the compression side of the piston.
In a multi-cylinder engine the charge of air or mixture from one cylinder of the engine can be supplied to the pre-ignition chamber of another cylinder.
One of the main advantages of the engine of the present invention is that a positive exhaust of the combustion products can be obtained by the outward movement of the piston at the end of its exhaust stroke, while in same time at
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Due to the arrangement of the pre-ignition chamber and the compression of the air charges on the underside of the piston, the advantage is obtained that a driving stroke is achieved per revolution of the engine.
If desired, the pre-ignition chamber may be arranged in series with a refrigerant capable of cooling the air charge sufficiently to prevent detonation or spontaneous ignition when forming a combustible mixture prior to ignition, and when using relatively high compression pressures corresponding to compression ratios of 10 or 16 to 1.
In such cases, the motor of the present invention is suitable for use with petroleum, but it is believed that it can be satisfactorily employed also with paraffin or with gaseous fuels or even with any. liquid fuels such as heavy oils which, under the temperature and pressure conditions prevailing at the end of the compression, vaporize to a significant extent without spontaneous ignition or detonation, or in other words Self-igniting liquids having a point of significantly higher than the temperature at which vaporization begins.
If desired, however, the formation of a combustible mixture prior to ignition can be eliminated, in which case the refrigerant can be removed and the compressed air charge is maintained at a temperature sufficiently high to ensure spontaneous ignition. subsequent to the injection of fuel into the pre-ignition chamber. In this case the transport passage from the compression cylinder to the pre-ignition chamber is kept hot, for example by suitable heat insulating means, and it can be heated by the exhaust gases of the engine *
The invention is described more particularly with reference to the accompanying drawings in which:
Fig, 1 is an elevational view, partly in section through
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line 1-1 of Fig. 2.
Fig. 2 is a horizontal section taken through line 2-2 of FIG, 5.
Fig. 3 is a vertical section on a larger scale taken by line 1-1 of FIG. 2.
Fig. 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 actuating means.
Fig. 7 is a partial elevational view showing part of the valve actuating means.
Fig. 8 is a partial elevational view showing another part of the valve actuator means.
Fig. 9 is a theoretical indicator diagram showing engine operation.
The piston 1, operating in a water-cooled cylinder 2, is connected by a piston rod 3 to a hook 4 moving in guides 5, the crossette being connected by a connecting rod 6 to a crank 7. The expansion and exhaust are carried out above the piston 1 and the compression of the air charge is carried out under the piston 1.
If we refer to Figs. 2 to 5 we note that the air is sucked under the underside of the piston by the valves 8 during the. up stroke of the piston and in the down stroke it is discharged by valves 9 through cooling passages 10 to a cooling and transport chamber 11 disposed in the water jacket of the cylinder.
From the cooling chamber 11, the air is returned during the downward stroke of the piston through a vacuum.
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spring loaded valve 12, operating automatically, in a pre-ignition chamber 13, Fuel, preferably petroleum, is brought into the pre-ignition chamber 13 through a connection or a pipe 15 from a suitable fuel pump 70.
The mixture is ignited by a spark plug 14,
Communication between the pre-ignition chamber 13 and the working cylinder 16 is controlled by an automatically actuated valve 17 while the exhaust from 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 ends at the end of the downstroke of the piston 1 and that the air charge is maintained or stored in the pre-ignition chamber 13 for a large part. of the exhaust stroke of piston 1. The charge of fuel can be injected into the pre-ignition chamber 13 immediately after the end of compression, so that the fuel will have adequate time to build up. mixing completely with air and mixing is facilitated due to the fact that the air is relatively heated.
Ignition takes place before the piston 1 reaches the end of its exhaust stroke, so that noticeable pressure builds up in the pre-ignition chamber when the piston reaches the end of its exhaust stroke. exhaust. The valve 17 is adjusted so as 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 revolution of the engine, it nevertheless has the advantage of achieving a positive exhaust of the combustion products as a result of the upward movement of the piston.
The valves 8 and 9 are actuated respectively by the
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cams 20, 21 by means of 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 valve stems 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 in 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 a lever is fixedly mounted. 44 which engages in a suitable socket of the valve stem, pe17. The valve 18 is controlled by a cam 50 via a push rod 51 which actuates a lever 52 mounted freely on the end of the shaft 43. The lever 52 carries a toothed sector 53 which engages. with a corresponding toothed sector 54 fixed at an angle 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 drawings is suitable for operation. with a compression ratio of approximately 14: 1.
The volume of passages 10 and chamber 11 should be sufficient to avoid excessive friction and in the particular engine of the drawings the total volume of passages 10 and chamber 11 is approximately four times the volume of pre-ignition chamber 13.
In different embodiments, the piston 1 can be constructed as a stepped piston and the piston rod 3 and the gripper 4 can be eliminated by providing an apron at the bottom of the piston 1,
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smaller in diameter than the piston itself but larger in diameter than the piston rod 3, the apron being suitably guided in a nozzle in the lower part of the cylinder, the valves being disposed in the annular space between the cylinder wall and the piston apron. The connecting rod can be connected by means of a pivot inside the piston.
By these means one can obtain a greater expansion ratio which lowers the final temperature and pressure of the combustion products at the time of exhaust.
If desired, valves 8 and 9 can be actuated automatically, ie they can be spring loaded and actuated automatically by the suction and expulsion pressures respectively. . In this case, the valves must be properly established taking into account the engine speed.
Referring to the indicator diagram shown in Fig. 9, it can be seen that the air or the mixture of air and fuel is sucked under the underside of the piston along line A-B and is compressed along line B-C. At point C the valve 9 opens and the pressure continues to rise in the compression cylinder, the cooling pipes 10, the chamber 11 and the pre-ignition chamber 13 along line C-D. At the end of the downstroke the pressure in the compression chamber drops along line DA while during the upstroke of the piston the pressure in the pre-ignition chamber 13 drops very slightly along line DE , ignition taking place at point E a little before the end of the upward stroke of the 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 valve 17 still open, the pressure in chamber 13 just becomes less than that in chambers
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10, 11 so that the valve 12 opens and the. continuous expansion in the working cylinder, the pre-ignition chamber 13 and the chambers 10, 11 following line HI, the fresh air partially expels the combustion products left in the chamber (lE ': pre-ignition 13. At point 1 the valve closes, after which expansion continues in the working cylinder alone, following line IJ. The exhaust valve 18 opens approximately at point J and when the piston moves towards the top the exhaust continues following the line JK, and in this last point the exhaust valve 18 closes.
Regarding the pressure cycle in pipes 10 and 1a. chamber 11, the pressure falls gradually after the end of the compression along the lines DL and L-H, after which due to the opening of the valve 12 the pressure drops with the expansion in the cylinder along the line H-I. The pressure in chambers 10 and 11 is substantially constant along line I-C. valve 17 will open at point I and valve 9 will open at point C, after which the pressure rises along the line CD while compression continues during the last part of the downward movement. piston.
As will be appreciated, the present invention allows relatively high compression ratios to be employed with the formation of a combustible mixture before ignition and it is believed that compression ratios of 20: 1 or 25: 1 would be practicable, provided of course that adequate cooling of the load is carried out before ignition.
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