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Perfectionnements aux moteurs à combustion interné.
La présente invention est relative à un dispositif pour moteurs à combustion interne, plus spécialement les.moteurs à deux temps, comportant un ou plusieurs cylindres pourvus de cham- bras de combustion et de pistons capables d'agir sur un arbre vilebrequin. L'invention est principalement caractérisée par le fait que la chambre de combustion, dans chèque cylindre, est située entre le piston et le vilebrequin sur lequel agit direc- tement la pression résultant de la combustion.
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par cette disposition, on réalise des avantages considéra- bles en comparaison avec les types de moteurs sonnas.
Lors de la combustion, la pression agit directement sur le vilebrequin et indirectement sur celui-ci en direction opposée, à l'interven- tion des tiges de piston ou bielles, motif pour lequel le vile- brequin et ses paliers seront en substance délivrés de tout ef- fort ou fatigue.Généralement, les tiges ou bielles de piston sont en substance soumises uniquement à une fatigue par trac- tion, mainon pas à une fatigue par compression et flexion et, pour cette raison, ces bielles peuvent 'être dimensionnées d'u- ne façon considérablement réduite à côté de ce qui se faisait jusqu'à présent, toutes autres nditions restant égales. D'eu- tres avantages, particulièrement dans les moteurs à deux temps, seront exposés ci-après.
Des exemples de réalisation du dispositif conforme à l'in- vention sont illustrés,en substance à titre d'illustration sohé- matique, dans les dessins annexés.
La figure 1 montre une coupeverticale à travers un moteur à combustion interne à cylindre unique et conforme à l'invention;
La figure 2, de même, montre une soupe verticale suivent la ligne II-II de la fig.l;
La figure 3 montre une coupe verticale suivant la ligne brisée III-III de la fig.2;
La figure 4 est une coupe similaire à cellede la fig.1, avec le piston dans la position de point mort ;
La figure 5 est une coupe horizontale suivent la ligne V-V de la f igure 2;
La figure 6 montre une coupe à travers une construction à cylindres multiples;
La figure 7 montre un développement en plan sur le papier, d'une section suivant une ligne circulaire à travers les cham- bres de combustion de deux cylindres adjacents; .
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La figure 8 est une vue analogue à aelle de la figure 7, concernent une autre forme de réalisation;
Le figure 9 est une coupe verticale à travers une construc- tion modifiée;
Le figure 10 est une coupe suivent la ligne X-X de la fig.9;
Le figure 11 est un détail en coupe, suivent la ligne XI-XI de la fig.9;
La figure 12 est une vue en perspective des coussinets de contrôle réglables (sur plus grande échelle).
Dans les figures 1 à 5 des dessins, 1 désigne un bloc de cy- lindre avec un cylindre inférieur 8 de moindre diamètre et un cy- lindre supérieur 3 de plus grand diamètre. Au sommet, le cylindre 3 est obturé eu moyen d'une culasse 4. Dans les deux cylindres se déplace un piston différentiel 5, dont les deux diamètres sont adaptés aux diamètres respectifs des cylindres 8 et 3. A travers le piston, qui peut être un solide, passe une broche de piston 6, aux extrémités de laquelle sont montées les deux bielles 7. Les extrémités inférieures de ces bielles entourent des broches ou manivelles 8, qui sont disposées excentriquement sur un arbre vilebrequin 9, lequel est fait a grand diamètre et façonné en guise de tiroir. Le vilebrequin 9 est monté dans un palier la du bloo de cylindre.
Dans le bloc de cylindre il est prévu sur deux côtés dia- métralement opposée du cylindre 8, des évidements 11 pour les bielles 7. ces espaces 11 sont en communication avec le carter de pisse à travers !Tune des parois. Le bout d'arbre 13 manivelle 12, dans lequel un bout d'arbre 13 est coaxial au vile- brequin 9 et sert à transmettre l'énergie motrice du moteur, Le moteur illustré est un moteur à deux temps, équipé de lumières d'échappement 14 dans la paroi du cylindre 2. un tuyau d'admission 15, avec soupape de retenue 16, conduit à l' espace de pré-compression du côté supérieur du piston supé- rieur 5, ae tuyau étant issu d'un carburateur de construction con
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venable ou connue.
Du même espace part un conduit 17 vers le bas, en direction du vilebrequin 9, en vue de coopérer avec une ouverture d'admission 13, prévue dans ce vilebrequin. Un corps incandescent 19, qui peut tre chauffé électriquement, par exemple, peut être monté dans un évidement du tiroir, du côté opposé de l'arbre vilebrequin 9 qui constitue le tiroir. un ou plusieurs poids équilibreurs 20 peuvent 'être fixés sur la manivelle.
Le cylindre 2 est ouvert à son extrémité inférieure, de façon que le vilebrequin 9 pénètre sur une certaine étendue à travers cette extrémité inférieure ouverte. Des rainures 21 sont prévues dans les parois du cylindre 2, pour laisser un passage libre à la broche ou maneton de piston et les parties adjacen- tes des bielles 7.
Le dispositif décrit fonctionne de la manière suivante:
Dans la figure 4, le piston 5 est montré dans la position comprimé finale inférieure, et le mélange de combustible tel du pétrole et de l'air, se trouve dans le cylindre 2, du coté inférieur du piston 5. A ce moment. ledit mélange est allumé par le corps incan@escent 19 qui se trouve maintenant en communication libre avec la chambre de combustion du côté inférieur du piston 5. Lors de la combustion explosive, le piston 5 est chassé vers le haut.
Le pression de la combustion agit alors directement en direction vers le bas sur le vilebrequin 9, et également en direction vers le haut sur le mme vilebrequin, à l'intervention du piston 5 et des bielles 7. Ainsi, l'effet de la pression de combustion sur le vilebrequin sers équilibré en substance en direction verticale et pour ce motif le fatigue imposée sur ce vilebrequin sera con- sidérablement moindre que dans les moteurs à combustion interne , connus jusqu'à présent.
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Lors du mouvement du piston 5 vers le haut, le mélange d'air et de combustible de l'autre côté du piston dans le cylindre 3 sers soumis à une préaompression, après que la soupape de retenue 16 a été fermée. vers la fin de cette course vers le haut, les lumières 14 sont découvertes par le piston 5 ,de façon qu'il se produira un échappement des gaz de combustion. vers la fin de le course vers le haut, le mélange combustible air précomprimé sera admis dans le cylindre 2,à travers le tuyau 17, quand la communication sera établie entre le tuyau 17 et ce cylindre à travers l'ouverture d'admission 18 du vilebrequin 9.
Le mélange combustible air pénétrant alors dans le cylindre 2, chasse les gaz de oombustion par la lumière 14, de façon à réaliser un balay- age efficace du cylindre. Lors de la course vers le bas, les lumières 14 sont d'abord obturées, l'ouverture d'admission 18 cessent alors d'être en communication avec le conduit 17. Après cela, le mélange combustible air est comprimé dans le cylindre 2 et, dans le position de point mort inférieur, l'allumage se produira à nouveau, après quoi le oyale recommence.
Il sera aisément compris que ce moteur présente des avan- tages considérables à a8té de ceux précédemment connus. comme signalé ci-devant, le vilebrequin sera soulagé dans une large mesure de la pression de la combustion explosive, laquelle, dans les moteurs ordinaires, est considérée comme agissant sur le vilebrequin d'un côté seulement (à l'intervention du piston et des bielles), Pendant cette partie de la course, laquelle est la plus fatigante pour les bielles, c'est-à-dire pendant la course d'expansion après combustion, les bielles sont en substance sou- mises uniquement à des efforts de traction, cependant que,dans les moteurs ordinaires, durant le mouvement correspondant, les bielles sont soumises à des efforts sévères de compression et de flexion.
Dans le moteur selon l'invention, la chambre de com- bustion est située adjacente au vilebrequin et peut 'être facile- ment construite dans le bloc de cylindres, cependant que, dans
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les moteurs à combustion ordinaires, il est requis des ren- forcements spéciaux dans le matériel, des boulons solides et similaires, afin d'absorber les efforts sur la culasse.Toutes aes circonstances contribuent au fait que le moteur peut tre fabriqué de façon à être excessivement léger et être d'une con- struotion condensée.
La broche de piston ou maneton possède une très large sur- face de portée dans le piston et elle peut être en même temps très facilement verrouillée. Les bielles peuvent être connectées à l'aide d'un boulon commun qui s'étend à travers le piston, La chambre de combustion sers donc libre de parties assemblées avec bourrage intermédiaire, de façon qu'un effet d'étanchéité meil- leur est réalisé, cependant que la sécurité de fonctionnement se trouve augmentée. Malgré qu'un contrepoids a été illustré, 1' équilibrage peut néanmoins être effectué facilement dans le tiroir même, ce qui rend ainsi tout contrepoids superflu.
Quand l'idée inventive, telle que représentée dans l'exem- ple de réalisation, est appliquée aux moteurs à deux temps, il en résulte d'sutres avantages considérables. Ainsi, on réalise le balayage du cylindre d'une extrémité à l'autre de façon par- faite. Du fait que l'admission et l'échappement sont contrôlés par des organes différents, c'est-à-dire par le tiroir 9 et le piston 5 respectivement, ils peuvent *être réglés indépendamment l'un de l'autre, de façon que les périodes d'ouverture et de fer- meture seront réglées efficacement dans le temps.
Dans les mo- teurs à deux temps ordinaires, à ce point de vue, l'on est obli -gé d'avoir recours à un compromis qui donne une satisfaction incomplète.Le gaz pénétrant dans le cylindre 2 peut recevoir facilement un mouvement en spirale ou hélicoïdal le long des parois du cylindre 2, de façon que l'efficacité du balayage s'en trouve augmentée, ceci est déjà réalisé du fait que le mou- vement du mélange combustible-air, en s'échappant, est dirigé hélicoïdalement par la rotation du tiroir 9 , ce mouvement pou-
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vent encore 'être perfectionné par le façonnage de l'ouverture 18 de façon convenable, par exemple comme indiqué dans la fig.5.
En raison du balayage plus efficace ainsi obtenu, l'économie de combustible sers augmentée, cependant que le rendement du moteur par unité de poids se trouve augmenté simultanément.
Le compresseur à piston, employé, qui, de préférence, au- ra une capacité plus grande que le volume du cylindre de com- bustion 2, produit évidemment une préaompression beaucoup plus favorable que la compression connue et produite dans le carter du vilebrequin, En même temps, l'espace nuisible devient petit et il n'est pas nécessaire d'effectuer le balayage du carter de manivelle, ceci amené également des facilités pour l'emploi du graissage sous pression dans les moteurs à deux temps.
Le capacité du compresseur à piston peut' !être adaptée de la maniè- re la plus favorable, Si nécessaire, le compresseur à piston peut fonctionner à vide pendant une pa rtie de la course ou une partie du mélange précomprimé peut servir à l'expansion dans le cylindre 3, de façon à servir oomme coussin d'air élas -tique pour le piston, quand ce dernier passe à travers sa posi -tion de point mort supérieur. La capacité de la compression à piston peut être rendue plus grande et moindre que le volume du cylindre de combustion. La chambre de combustion prend une forme très favorable et on peut faire usage d'un piston à tê- te unie.
Les figures 6 et 7 montrent un moteur en étoile, à cinq cylindres, conforme à l'invention. Les cinq pistons 5 sont connectés par leurs bielles 7 à une manivelle commune d'un vile- brequin 9. loi,les conduits 17 des cylindres de précompression respectifs 3 s'étendent de manière telle que la chambre de pré- compression 3 de chaque cylindre alimente la chambre de combus- tion 8 du cylindre immédiatement précédent, compté dans la direo -tion de rotation. En supplément à l'ouverture d'admission 18, il est prévu une deuxième ouverture 22 dans le tiroir 9.
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cette construction fonctionne en substance de la même ma- nière que la forme de réalisation montrée dans les figures 1 à 5.
Du fait que chèque cylindre de combustion 2 est alimente du mélange combustible-air par un précompresseur fonctionnant décalé dans le temps, on réalisera des avantages considérables.
Au moment où. le piston 5 a atteint sa position point mort su- périeur, la compression dans le cylindre 3 est considérée oom- me terminée, mais, dans cette position, le piston 5 n'a pas encore fermé les lumières d'échappement 14. Il est désirable que, pour commencer, le balayage ait lieu à une pression moin -dre qui serait augmentée jusqu'à ce que les lumières d'échap- pement soient fermées.
Evidemment, ceci peut 'être réalisé faci -lement par la disposition qui vient d'être citée, notamment que chaque cylindre de combustion 2 est alimenté avec le mélan -ge air-combustible par un précompresseur fonctionnant décalé dans le temps avec celui-là. (il y a donc un déplacement de phase entre le cylindre de combustion et le précompresse@r).
.Ainsi qu'il appert des figures 6 et 7, la communication avec un cylindre de combustion 2 peut alors tre ouverte par l'ou- verture d'admission 18 d'un cylindre 3, dans lequel la pres- précisément sion de précompression vient d'atteindre la valeur réduite comparativement que l'on désire, la communication avec ce oy- lindre étant alors maintenue ouverte durant la précompression en cours jusqu'à la valeur maximum, sans 'être interrompue, avant que les lumières d'échappement du cylindre! ont été fermées. Il sera donc possible d'adapter la précompression en tout moment à la valeur désirable.
Après que la compression du mélange air-combustible dans le cylindre de combustion 2 a été précisément terminée, et que le piston correspondant 5 se trouve dans ou près de la po- sition point mort intérieur, une comunication sera établie à travers l'ouverture 22 du tiroir 9, entre ledit cylindre de combustion et le cylindre de combustion qui est immédiatement
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précèdent dans la direction de rotation, cylindre clans lequel la combustion progresse encore. La combustion se propagera donc dans le cylindre 8. dans lequel la aompression, vient d'être pré -aisément terminée.
La combustion se déplacera donc,à. travers l'ouverture 22, entre les cylindres en temps convenable et sans l'emploi d'aucun moyen d'allumage spécial. L'allumage ayant été produit dans un cylindre au moyen d'une bougie ou similaire, il ne sera donc pas nécessaire de prévoir un dispositif d'allumage spécial dans les cylindres restants. comme mesure de sécurité,il peut, cependant, être convenable d'obliger ladite bougie d'allumage d'un cylindre d'allumer toujours eu moment voulu pendant la rota- tion, pour le cas ,où., pour une raison quelconque, la flamme de combustion viendrait à s'éteindre.
Dans la modification montrée dans la fig.8, le tuyau 17, ad- jacent au tiroir 9, est façonné comme passage situé entièrement sur le coté des cylindres de combustion 8, et il ne se trouve comme donc pas entre ces cylindres. par conséquent,/le tuyau 17 paut ê- tre disposé sans difficultés en des endroits variables dans sa direction longitudinale par rapport à ce cylindre de combustion 2, qui doit être alimenté du mélange air-combustible à travers ce passage, on comprendra facilement que l'injection dans le cylin- dre de combustion, effectuée par l'ouverture 18, peut être adaptée arbitrairement sans difficultés de la meilleure façon possible.
Dans la forme de réalisation montrée dans les figures 9 à 12, le tuyau 17 s'étend à partir de l'espace de préeompression dans le cylindre 3, du côté supérieur du piston 5, vers le bas en di- rection d'un bout d'arbre saillant 9a du vilebrequin 9., ce bout d'arbre étant coaxial avec l'arbre vilebrequin. Le bout d'arbre 9a est monté dans un palier 30 donnant passage au tuyau 17 qui traverse sa paroi. Dans la boîte de palier est aménagé un orifice d'admission d'air 31, qui communique toujours avec une extrémité d'un passage courbe 15a, pratiqué dans le bout d'arbre 9a, l'au-
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tre extrémité de ce passage s'ouvrent dans la partie péri- rique de la portion cylindrique du bout d'arbre.
Dans ce bout d'arbre se trouve également pratiqué un passage 32, traversent la manivelle 8 jusque dans une chambre 34 pratiquée au neutre de l'arbre vilebrequin 9.. Cette chambre communique avec une ouverture d'admission 18 pratiquée dans la paroi de l'arbre vile -brequin 9.
Les deux, ouvertures périphériques dans les passages 15a et 32, à la surface du bout d'arbre 9a, ont leur ligne axiale située dans un seul et même plan, à angle droit à l'axe du bout d'arbre, ce dont il résulte que, pendant la rotation du bout d'arbre,les passages sont alternativement mis en communication avec le con- duit 17. Le bout d'arbre 9a est entouré de deux coussinets rote- tifs 35-36 qui sont chacun reliés à un bras de réglage 37 et 38 respectivement, au moyen desquels ces coussinets peuvent tre réglés du dehors. ces bras de réglage, et donc les coussinets 35, 36, sont fixés dans la position de réglage au moyen de vis 39, serrés à fond contre une partie fixe du carter 30.
En dévissant les vis 39, les bras de réglage 37 et 38 et, par conséquent, aussi les coussinets 35, 36, peuvent être ajustée chacun séparé- ment ou ensemble.
Le coussinet 35 comporte une languette 40 qui peut se dé- placer dans un évidement correspondant 41 du coussinet 36, de façon à régler la dimension de cet évidement. En tournant les bras de réglage 37, 38, il sera donc possible de régler simults- nément la dimension et la position en direction périphérique de l'ouverture 41, qui est située entre la bouche du conduit 17 et l'ouverture périphérique des passages 15a et 32 du bout d'arbre 9a. En réglant les coussinets 35, 36, il sera dont possible de régler avec précision cette partie de la révolution au cours de laquelle les passages 15a et 32 communiquent avec re conduit 17, et aussi le position angulaire pour cette partie de le révolution.
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Ceci comporte, en d'autres mots, qu'il est possible de ré- gler avec précision non pas seulement la période de temps peu, -dent lequel les passages 15a et 32 communiquent respectivement avec le conduit 17, mais aussi le temps ou phase,par rapport aux étapes du cycle de travail du moteur,dans laquelle la communies- tion est établie.Des facilités sont ainsi 'prévues pour régler avec précision l'aspiration de l'air dans le cylindre de pré- compression 3, et le soufflage de l'air dans le cylindre de moteur 1. cela sous rapport des points les plus favorables de temps et de durée.
Un anneau 'étanchéité 42, qui peut, de préférence, être fait en acier, est intercalé dans l'ouverture entre la partie inférieure du cylindre de travail 2 et l'arbre vilebrequin 9. oet anneau est fendu en un point convenable et est meulé en forme concave du côté qui fait face à l'arbre vilebrequin 9, pour se conformer à celui-ci, ainsi qu'il appert au mieux de la figure 10. une partie du côté supérieur de cet anneau res- te découverte et se trouve donc soumise directement à la pres de travail -sion du gaz clans le cylindre/! , et il sera, par conséquent, forcé,¯. par cette pression, de porter sur le vilebrequin 9, de façon qu'on réalise ainsi un bon effet d'étanchéité.
En mê- me temps, cet anneau est pressé radialement vers l'extérieur, du fait de sa propre élasticité (et aussi par la pression du gaz), de façon qu'un effet d'étanehéité est également obtenu à la partie périphérique de l'anneau. Les autres parties dans les figures 9 4 12 sont analogues aux parties correspondantes dans les figures 1 à 8, et sont désignées par les mêmes chiffres de référence.
Le fonctionnement de la disposition décrite serait déjà évident par le description détaillée ci-devant;, pendant la rota- tion de l'arbre vilebrequin, le passage 15, immédiatement après les positions illustrées dans les figures 9 à 11, sera mis en communication avec le conduit 17 par l'ouverture 41, de façon
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que le piston, qui se déplace maintenant vers le bas, aspire- ra de l'air frais dans le cylindre de précompression 3 au- dessus du piston 5, La rotation étant continuée, le conduit 17, après que le piston est retourné et se déplace vers le haut, sera mis en communication avec le passage 32 par l'ouverture 41, de façon que l'air (ou le mélange air-combustible) précomprimé dans le cylindre 3, sera forcé,par le passage 32, l'espace 34 et le passage 18,dans le cylindre 2, de façon à balayer celui-ci.
Le balayage étant terminé, les lumières 14 et les passages 18 et 32 sont obturés, après quoi se produisent la compression et l'allumage. par la disposition illustrée dans les figures 9 à 11, on peut réaliser un réglage excessivement précis du processus de soufflage et de balayage, réglage qui est également variable dans de larges limites. Dans le cas où l'échappement a lieu à travers le tiroir, oet échappement peut évidemment 'être réglé d'une ma- nière semblable.
L'anneau 42 produit une étanchéité de toute sécurité entre la chambre de combustion et le vilebrequin 9, La chambre 34 évidée dans le vilebrequin 9, augmente la surface de refroidissement, de façon que le refroidissement du vilebrequin même s'en trouve facilité. cependant, il est évidemment possible de refroidir le vilebrequin par une circulation réfrigérante au moyen d'un agent convenable, tel de l'eau ou de l'huile.
L'alimentation en combustible peut se faire de la manière exposée ci-devant, par exemple à travers une tuyère à combustible disposée dans le tiroir rotatif 9, cette tuyère tournant, de pré- férenae, avec le tiroir dans les moteurs à plusieurs cylindres.
Evidemment, l'alimentation en combustible peut *être effectuée à partir d'un carburateur communiquent avec l'ouverture 31.
En façonnant les bords 33 et 34 de la languette 40 et de l'ouverture 41, respectivement d'une manière convenable, le ré- glage peut être modifié au début et/ou à la fin de la période de
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soufflage, ces bords peuvent être obliques, comme montré dans la figure 11, ou bien ils peuvent être arrondis ou adopter toute autre forme. Les coussinets de réglage 35, 36, peuvent être façonnés autrement et il est possible de ne faire usage que d'un coussinet. Ce ou ces coussinets peuvent être directement disposés sur l'arbre vilebrequin 9 même.
Certaines autres modifications peuvent *être apportées dans les dispositifs illustrés et décrits sans se départir du principe de l'invention, .ainsi, toute rela tivité désirée peut être obtenue entre la longueur de course et le diamètre de cy- lindre. L'allumage peut avoir lieu de la manière ordinaire, au encore, moyen d'une bougie d'allumage ou d'un bulbe échauffé; ou bien/ le moteur peut être construit selon le principe Diesel.D'une manière générale, la plupart des dispositions connues dans les moteurs à combustion interne peuvent être appliquées au présent moteur, Le refroidissement peut être effectué au moyen de l'air, d'eau ou dhuile, ou par une combinaison de ces moyens.
Au lieu d'un carburateur, on peut disposer un a jutage à combusti- ble dans le tuyau de soufflage 17 ou dans le tiroir 9. Dans les moteurs Diesel selon la présente invention, on peut employer un simple pulvérisateur de combustible ou dispositif Injecteur de combustible disposé dans le tiroir 9 ou parfois dans une cham- bre antérieure, ce dispositif étant alimenté à une pression con- stante et comparativement basse, ce dispositif tournant, au be- soin, en même temps que le tiroir 9. Le moteur peut être con- struit avec un nombre arbitraire de cylindre et aven les cylin- dres formés en étoile ou disposés l'un derrière l'autre en une ou plusieurs rangées.
On peut disposer deux blocs de moteurs à trois cylindres en étoile l'un à côté de l'autre, avec une dé- viation des manivelles à. 180 . On réalise ainsi un équilibrage complet des parties mobiles en combinaison avec un moment de basoulage très petit entre les deux blocs, cette disposition est également applicable avec un autre nombre de cylindres dans les deux blocs de cylindres en étoile.
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Il peut être prévu des soupapes d'arrêt dans les tuyaux 17, quoique ceci cependant n'est pas une nécessité de règle.
Dans les moteurs en étoile, un carburateur commun peut *être disposé à niveau aven le centre' du tiroir 9 et il peut être connecté aven les passages 17, les tuyaux 15 étant alors éli- minés, L'aspiration aura alors lieu à travers les tuyaux 17 vers les cylindres de précompression 3. Le moteur peut être construit avec une bielle unique pour chaque piston, et .on peut faire usage d'un balayage du carter de manivelle. on peut employer un oompresseur séparé.
Il est également possible de disposer l'échappement de façon qu'il se place à travers le tiroir à bielles 9.. Dans le cas où la capacité du préeompresseur serait moindre que le volume du cylindre de combustion, le piston A peut tre con- struit sur un seul diamètre et comporter un alésage du côté su @périeur. un piston, fixé à la culasse de cylindre,, entrera alors dans le cylindre formé par ledit alésage.
Dans ce cas, il peut *être préférable de pratiquer des oreux dans les bielles pour servir de passage eu soufflage.Les soupapes 16 peuvent ê- tre omises, l'ouverture d'aspiration eu cylindre de préoompres.. sion étant alors contrôlée à leur place par le tiroir 9. il est à remarquer que, durant la course de compression, après que les lumières d'échappement ont été fermées, le piston exerce un effet de traction vers le haut sur les bielles 7 et le tiroir rotatif 9, de façon que la pression dans la surface d' étanchéité entre ce tiroir et l'anneau 48 est augmentée au fur et à mesure que le compression augmente.
En déterminant convene- blement les dimensions de la surface terminale du piston par rap- port à la surface du tiroir rotatif 9 qui est actionné par la pression de gaz lors de la combustion explosive, il sera obtenu une pression de palier augmentée et, par conséquent, un effet d'é- tanchéité perfectionné de la même manière que durant la combustion
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Il est également à remarquer, peut être, que la chambre 34 sert en même temps à chauffer préalablement l'air aspiré (ou le mélange air-combustible) avant son entrée dans le cylindre.
Le volume de la abambre 34 peut constituer 30 % du volume du cylindre, ou davantage. Les coussinets 35, 36 peuvent évidemment *être réglés automatiquement par un régulateur, tel un régulateur centrifuge. Les parois du tiroir rotatif 9 peuvent être minces.
Revendications.
1.- Dans les moteurs 9. combustion interne, particulièrement les moteurs 4 deux temps comportent un ou plusieurs cylindres pourvus de chambres de combustion et de pistons adaptés pour ac- tionner un arbre vilebrequin, la disposition caractérisée en ce que la chambre de combustion de chaque cylindre est située entre le piston (le piston actif) et l'arbre vilebrequin, sur lequel la pression de la combustion explosive agit directement.
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Improvements to internal combustion engines.
The present invention relates to a device for internal combustion engines, more especially two-stroke engines, comprising one or more cylinders provided with combustion chambers and pistons capable of acting on a crankshaft. The invention is mainly characterized by the fact that the combustion chamber, in the cylinder check, is situated between the piston and the crankshaft on which the pressure resulting from the combustion acts directly.
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by this arrangement, considerable advantages are realized in comparison with the different types of motors.
During combustion, the pressure acts directly on the crankshaft and indirectly on the latter in the opposite direction, to the intervention of the piston rods or connecting rods, reason for which the crankshaft and its bearings will be in substance delivered from Any strain or fatigue.Generally, piston rods or connecting rods are substantially subjected only to tensile fatigue, but not to compression and bending fatigue, and for this reason these connecting rods may be sized to A considerably reduced way compared to what has been done until now, all other editions remaining equal. Other advantages, particularly in two-stroke engines, will be discussed below.
Embodiments of the device according to the invention are illustrated, essentially by way of conceptual illustration, in the accompanying drawings.
Figure 1 shows a vertical section through a single cylinder internal combustion engine according to the invention;
Figure 2, likewise, shows a vertical soup following line II-II of fig.l;
Figure 3 shows a vertical section along the broken line III-III of fig.2;
Figure 4 is a section similar to that of fig.1, with the piston in the neutral position;
Figure 5 is a horizontal section taken along the line V-V of Figure 2;
Figure 6 shows a section through a multiple cylinder construction;
Figure 7 shows a plan development on paper, of a section on a circular line through the combustion chambers of two adjacent cylinders; .
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FIG. 8 is a view similar to that of FIG. 7, relating to another embodiment;
Figure 9 is a vertical section through a modified construction;
Figure 10 is a section taken along the line X-X of Fig.9;
Figure 11 is a sectional detail, taken along line XI-XI of fig.9;
Figure 12 is a perspective view of the adjustable control pads (on a larger scale).
In Figures 1 to 5 of the drawings, 1 denotes a cylinder block with a lower cylinder 8 of smaller diameter and an upper cylinder 3 of larger diameter. At the top, the cylinder 3 is closed by means of a cylinder head 4. In the two cylinders a differential piston 5 moves, the two diameters of which are adapted to the respective diameters of the cylinders 8 and 3. Through the piston, which can be a solid, passes a piston pin 6, at the ends of which are mounted the two connecting rods 7. The lower ends of these connecting rods surround pins or cranks 8, which are disposed eccentrically on a crankshaft 9, which is made of large diameter and shaped like a drawer. The crankshaft 9 is mounted in a bearing 1a of the cylinder block.
In the cylinder block there are provided on two diametrically opposite sides of the cylinder 8, recesses 11 for the connecting rods 7. These spaces 11 are in communication with the piss housing through one of the walls. The end of the shaft 13 crank 12, in which one end of the shaft 13 is coaxial with the crankshaft 9 and serves to transmit the motive power of the engine. The engine illustrated is a two-stroke engine, equipped with lights for exhaust 14 in the cylinder wall 2. an intake pipe 15, with check valve 16, leads to the pre-compression space on the upper side of the upper piston 5, the pipe being from a carburetor of construction con
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venable or known.
From the same space leaves a conduit 17 downwards, in the direction of the crankshaft 9, in order to cooperate with an intake opening 13, provided in this crankshaft. An incandescent body 19, which can be heated electrically, for example, can be mounted in a recess of the spool, on the opposite side of the crankshaft 9 which constitutes the spool. one or more balancing weights 20 can be attached to the crank.
The cylinder 2 is open at its lower end, so that the crankshaft 9 penetrates to some extent through this open lower end. Grooves 21 are provided in the walls of cylinder 2, to leave a free passage for the piston pin or crank pin and the adjacent parts of the connecting rods 7.
The device described operates as follows:
In Fig. 4, piston 5 is shown in the lower final compressed position, and the fuel mixture such as oil and air, is in cylinder 2, on the lower side of piston 5. At this time. said mixture is ignited by the incan @ escent body 19 which is now in free communication with the combustion chamber on the lower side of the piston 5. During explosive combustion, the piston 5 is forced upwards.
The combustion pressure then acts directly in a downward direction on the crankshaft 9, and also in an upward direction on the same crankshaft, through the intervention of the piston 5 and the connecting rods 7. Thus, the effect of the pressure combustion on the crankshaft is substantially balanced in the vertical direction and for this reason the fatigue imposed on this crankshaft will be considerably less than in internal combustion engines known hitherto.
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During upward movement of piston 5, the mixture of air and fuel on the other side of the piston in cylinder 3 is pre-compressed, after check valve 16 has been closed. towards the end of this upward stroke, the ports 14 are discovered by the piston 5, so that an escape of the combustion gases will occur. towards the end of the upward stroke, the pre-compressed air fuel mixture will be admitted into cylinder 2, through pipe 17, when communication is established between pipe 17 and this cylinder through the inlet opening 18 of the crankshaft 9.
The combustible air mixture then entering the cylinder 2, expels the combustion gases through the port 14, so as to achieve an efficient sweeping of the cylinder. During the downward stroke, the ports 14 are first closed, the intake opening 18 then cease to be in communication with the duct 17. After that, the fuel-air mixture is compressed in the cylinder 2 and , in the lower dead center position, ignition will occur again, after which the oyale starts again.
It will be readily understood that this engine presents considerable advantages beyond those previously known. As noted above, the crankshaft will be relieved to a large extent from the pressure of explosive combustion, which in ordinary engines is considered to act on the crankshaft on one side only (by the intervention of the piston and connecting rods), During this part of the stroke, which is the most tiring for the connecting rods, that is to say during the expansion stroke after combustion, the connecting rods are essentially subjected only to tensile forces, however, in ordinary engines, during the corresponding movement, the connecting rods are subjected to severe compressive and bending forces.
In the engine according to the invention, the combustion chamber is located adjacent to the crankshaft and can be easily constructed in the cylinder block, while in
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ordinary combustion engines, special reinforcements in the material, solid bolts and the like are required in order to absorb the forces on the cylinder head. All of these circumstances contribute to the fact that the engine can be manufactured in such a way as to be excessively light and of a condensed construction.
The piston pin or crankpin has a very large contact surface in the piston and at the same time it can be very easily locked. The connecting rods can be connected by means of a common bolt which extends through the piston, The combustion chamber therefore serves free of assembled parts with intermediate packing, so that a better sealing effect is realized, however that the operational safety is increased. Although a counterweight has been illustrated, the balancing can nevertheless be easily carried out in the drawer itself, thus making any counterweight superfluous.
When the inventive idea, as shown in the exemplary embodiment, is applied to two-stroke engines, other considerable advantages result. Thus, the scanning of the cylinder from one end to the other is carried out perfectly. Due to the fact that the intake and the exhaust are controlled by different parts, i.e. by the spool 9 and the piston 5 respectively, they can be adjusted independently of each other, so that the opening and closing periods will be regulated efficiently over time.
In ordinary two-stroke engines, from this point of view, one is obliged to resort to a compromise which gives incomplete satisfaction. The gas entering cylinder 2 can easily receive a spiral movement. or helical along the walls of cylinder 2, so that the efficiency of the sweeping is increased, this is already achieved by the fact that the movement of the fuel-air mixture, while escaping, is helically directed by rotation of the spool 9, this movement
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can still be perfected by shaping the opening 18 in a suitable way, for example as shown in fig.5.
Because of the more efficient sweeping thus obtained, fuel economy is increased, while engine efficiency per unit weight is simultaneously increased.
The piston compressor, employed, which preferably will have a greater capacity than the volume of the combustion cylinder 2, obviously produces a much more favorable pre-compression than the known compression produced in the crankshaft housing. At the same time, the nuisance space becomes small and it is not necessary to sweep the crankcase, this also provides facilities for the use of pressure lubrication in two-stroke engines.
The capacity of the reciprocating compressor can be adapted in the most favorable way. If necessary, the reciprocating compressor can run empty for part of the stroke or part of the precompressed mixture can be used for expansion. in cylinder 3, so as to serve as an elastic air cushion for the piston, when the latter passes through its upper dead center position. The capacity of piston compression can be made larger and smaller than the volume of the combustion cylinder. The combustion chamber takes a very favorable shape and a plain-headed piston can be used.
Figures 6 and 7 show a star engine, five cylinders, according to the invention. The five pistons 5 are connected by their connecting rods 7 to a common crank of a crankshaft 9. Act, the ducts 17 of the respective precompression cylinders 3 extend in such a way that the precompression chamber 3 of each cylinder feeds the combustion chamber 8 of the immediately preceding cylinder, counted in the direction of rotation. In addition to the intake opening 18, a second opening 22 is provided in the drawer 9.
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this construction works in substantially the same way as the embodiment shown in Figures 1 to 5.
Since each combustion cylinder 2 is supplied with the fuel-air mixture by a precompressor operating offset in time, considerable advantages will be realized.
When. piston 5 has reached its upper dead center position, compression in cylinder 3 is considered to have ended, but, in this position, piston 5 has not yet closed the exhaust ports 14. It is It is desirable that, to begin with, the sweeping take place at a lower pressure which would be increased until the exhaust ports are closed.
Obviously, this can 'be achieved easily by the arrangement which has just been cited, in particular that each combustion cylinder 2 is supplied with the air-fuel mixture by a precompressor operating time-shifted therewith. (there is therefore a phase shift between the combustion cylinder and the precompress @ r).
As can be seen from FIGS. 6 and 7, the communication with a combustion cylinder 2 can then be opened by the intake opening 18 of a cylinder 3, in which precisely the precompression pressure comes. to reach the comparatively reduced value desired, communication with this cylinder being then kept open during the precompression in progress up to the maximum value, without being interrupted, before the cylinder exhaust ports ! were closed. It will therefore be possible to adapt the precompression at any time to the desired value.
After the compression of the air-fuel mixture in the combustion cylinder 2 has been precisely completed, and the corresponding piston 5 is in or near the internal dead center position, communication will be established through opening 22. of slide 9, between said combustion cylinder and the combustion cylinder which is immediately
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precede in the direction of rotation, cylinder in which combustion is still progressing. The combustion will therefore be propagated in cylinder 8. in which the aompression has just been pre-finished.
The combustion will therefore move, to. through the opening 22, between the cylinders in due time and without the use of any special ignition means. Since the ignition has been produced in a cylinder by means of a spark plug or the like, it will therefore not be necessary to provide a special ignition device in the remaining cylinders. as a safety precaution, however, it may be convenient to force said spark plug of a cylinder to ignite always at the desired time during rotation, in case, for any reason, the combustion flame would go out.
In the modification shown in fig. 8, the pipe 17, adjacent to the spool 9, is shaped as a passage located entirely on the side of the combustion cylinders 8, and it therefore does not lie between these cylinders. therefore, the pipe 17 can be arranged without difficulty in variable places in its longitudinal direction with respect to this combustion cylinder 2, which is to be supplied with the air-fuel mixture through this passage, it will be easily understood that the The injection into the combustion cylinder, effected through opening 18, can be arbitrarily adjusted without difficulty in the best possible way.
In the embodiment shown in Figures 9 to 12, pipe 17 extends from the pre-compression space in cylinder 3, on the upper side of piston 5, downward towards one end. protruding shaft 9a of the crankshaft 9., this shaft end being coaxial with the crankshaft shaft. The end of the shaft 9a is mounted in a bearing 30 giving passage to the pipe 17 which passes through its wall. In the bearing box is arranged an air intake port 31, which always communicates with one end of a curved passage 15a, formed in the shaft end 9a, the other
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The end of this passage opens into the peripheral part of the cylindrical portion of the shaft end.
In this end of the shaft is also made a passage 32, pass through the crank 8 into a chamber 34 made in the neutral of the crankshaft 9. This chamber communicates with an inlet opening 18 made in the wall of the 'crankshaft -shaft 9.
The two, peripheral openings in the passages 15a and 32, on the surface of the shaft end 9a, have their axial line situated in one and the same plane, at right angles to the axis of the shaft end, which is why it As a result, during the rotation of the shaft end, the passages are alternately placed in communication with the pipe 17. The shaft end 9a is surrounded by two rotating bearings 35-36 which are each connected to an arm. adjustment 37 and 38 respectively, by means of which these bearings can be adjusted from the outside. these adjustment arms, and therefore the bearings 35, 36, are fixed in the adjustment position by means of screws 39, fully tightened against a fixed part of the housing 30.
By unscrewing the screws 39, the adjustment arms 37 and 38, and therefore also the bearings 35, 36, can each be adjusted separately or together.
The pad 35 has a tongue 40 which can move in a corresponding recess 41 of the pad 36, so as to adjust the size of this recess. By turning the adjustment arms 37, 38, it will therefore be possible to simultaneously adjust the size and the position in the peripheral direction of the opening 41, which is located between the mouth of the duct 17 and the peripheral opening of the passages 15a. and 32 of the shaft end 9a. By adjusting the bearings 35, 36, it will therefore be possible to precisely adjust this part of the revolution during which the passages 15a and 32 communicate with re duct 17, and also the angular position for this part of the revolution.
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This means, in other words, that it is possible to adjust with precision not only the short period of time, during which the passages 15a and 32 respectively communicate with the duct 17, but also the time or phase. , with respect to the stages of the working cycle of the engine, in which communication is established. Facilities are thus provided for precisely regulating the intake of air into the pre-compression cylinder 3, and the blowing air in the engine cylinder 1. this in relation to the most favorable points of time and duration.
A seal ring 42, which may preferably be made of steel, is interposed in the opening between the lower part of the working cylinder 2 and the crankshaft 9. where the ring is split at a suitable point and is ground. in concave shape on the side which faces the crankshaft 9, to conform to the latter, as best appears from FIG. 10. a part of the upper side of this ring remains uncovered and is located therefore subjected directly to the working pressure of the gas in the cylinder /! , and it will therefore be forced ¯. by this pressure, to bear on the crankshaft 9, so that a good sealing effect is thus achieved.
At the same time, this ring is pressed radially outwards, due to its own elasticity (and also by the pressure of the gas), so that an etaneity effect is also obtained at the peripheral part of the 'ring. The other parts in Figures 9-412 are analogous to the corresponding parts in Figures 1 to 8, and are designated by the same reference numerals.
The operation of the arrangement described would already be evident from the detailed description above ;, during the rotation of the crankshaft, the passage 15, immediately after the positions illustrated in Figures 9 to 11, will be placed in communication with the conduit 17 through the opening 41, so
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that the piston, which is now moving downwards, will suck fresh air into the precompression cylinder 3 above the piston 5, With the rotation continued, the duct 17, after the piston is turned over and moves upwards, will be placed in communication with the passage 32 through the opening 41, so that the air (or the air-fuel mixture) precompressed in the cylinder 3, will be forced, through the passage 32, the space 34 and the passage 18, in the cylinder 2, so as to sweep the latter.
The sweep being completed, the ports 14 and the passages 18 and 32 are closed, after which the compression and ignition occur. by the arrangement illustrated in Figures 9 to 11, an excessively precise control of the blowing and sweeping process can be achieved, which control is also variable within wide limits. In the event that the exhaust takes place through the spool, the exhaust can of course be adjusted in a similar manner.
The ring 42 produces a completely safe seal between the combustion chamber and the crankshaft 9. The chamber 34, recessed in the crankshaft 9, increases the cooling surface, so that the cooling of the crankshaft itself is facilitated. however, it is obviously possible to cool the crankshaft by cooling circulation using a suitable agent, such as water or oil.
The fuel supply can take place in the manner set out above, for example through a fuel nozzle arranged in the rotary slide 9, this nozzle rotating, preferably, with the slide in multi-cylinder engines.
Obviously, the fuel supply can * be effected from a carburetor communicating with opening 31.
By shaping the edges 33 and 34 of the tongue 40 and the opening 41, respectively in a suitable manner, the setting can be changed at the start and / or at the end of the period.
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blow molding, these edges can be oblique, as shown in figure 11, or they can be rounded or take any other shape. The adjustment pads 35, 36 can be otherwise shaped and it is possible to use only one pad. This or these bearings can be placed directly on the crankshaft 9 itself.
Certain other modifications can be made in the devices illustrated and described without departing from the principle of the invention, thus any desired relation can be obtained between stroke length and cylinder diameter. Ignition can take place in the ordinary way, again by means of a spark plug or a heated bulb; or else / the engine can be built according to the Diesel principle. In general, most of the arrangements known in internal combustion engines can be applied to the present engine, Cooling can be carried out by means of air, d water or oil, or by a combination of these means.
Instead of a carburetor, a fuel nozzle can be placed in the blast pipe 17 or in the spool 9. In diesel engines according to the present invention, a simple fuel sprayer or fuel injector device can be employed. fuel disposed in drawer 9 or sometimes in a front chamber, this device being supplied at a constant and comparatively low pressure, this device rotating, if necessary, at the same time as the drawer 9. The motor can be operated. built with an arbitrary number of cylinders and with the cylinders star-shaped or arranged one behind the other in one or more rows.
Two three-cylinder engine blocks can be arranged in a star shape next to each other, with a deviation of the cranks to. 180. A complete balancing of the moving parts is thus achieved in combination with a very small rocking moment between the two blocks, this arrangement is also applicable with another number of cylinders in the two star-shaped cylinder blocks.
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Shut-off valves may be provided in the pipes 17, although this, however, is not a requirement.
In star engines, a common carburetor can be placed level with the center of the spool 9 and it can be connected with the passages 17, the pipes 15 then being eliminated. The aspiration will then take place through the spools. pipes 17 to the precompression cylinders 3. The engine may be constructed with a single connecting rod for each piston, and use may be made of sweeping the crankcase. a separate compressor can be used.
It is also possible to arrange the exhaust so that it is placed through the connecting rod slide 9. In the event that the capacity of the pre-compressor is less than the volume of the combustion cylinder, the piston A may be against. built to a single diameter and have a bore on the top side. a piston, fixed to the cylinder head, will then enter the cylinder formed by said bore.
In this case, it may be preferable to make holes in the connecting rods to act as a blow-off passage. The valves 16 can be omitted, with the suction opening of the pre-pump cylinder then being checked to their extent. place by the spool 9. it should be noted that, during the compression stroke, after the exhaust ports have been closed, the piston exerts an upward pulling effect on the connecting rods 7 and the rotary spool 9, from so that the pressure in the sealing surface between this slide and the ring 48 is increased as the compression increases.
By suitably determining the dimensions of the end surface of the piston with respect to the surface of the rotary spool 9 which is actuated by the gas pressure during explosive combustion, an increased bearing pressure will be obtained and therefore , an improved sealing effect in the same way as during combustion
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It should also be noted, perhaps, that the chamber 34 serves at the same time to preheat the air drawn in (or the air-fuel mixture) before it enters the cylinder.
The volume of abambre 34 may constitute 30% of the volume of the cylinder, or more. The bearings 35, 36 can of course * be adjusted automatically by a regulator, such as a centrifugal regulator. The walls of the rotary drawer 9 can be thin.
Claims.
1.- In internal combustion engines, particularly 4 two-stroke engines, comprise one or more cylinders provided with combustion chambers and pistons adapted to actuate a crankshaft, the arrangement characterized in that the combustion chamber of each cylinder is located between the piston (the active piston) and the crankshaft, on which the pressure of the explosive combustion acts directly.