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Moteur à explosion ou à combustion interne à capacité variable de la phase d'aspiration à la phase de détente.
L'invention se rapporte à un moteur à explosion ou à combustion interne, qui estagencé de manière à avoir dans le cy- lindre une capacité variable, c'est-a-dire différente pendant la phase d'aspiration de ce qu'elle est pendant la phase de détente.
En d'autres mots, une des caractéristiques essentielles de ce mo- teur reside en ce que Les gaz produits par la combustion du mélange peuvent se détendre dans une capacité supérieure à celle occupée par le mélange même pendant .la. phase d'aspiration; par conséquent la détente se trouve être amplifiée et bien plus étendue que celle d'un moteur normal à quatre temps; il s'ensuit que les pertes de
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travail bien connues, dues a une détente incomplète sont réduites dans le cas en question.
Essentiellement, d'après l'invention, le travail dans le moteur est transmis à deux arbres à manivelle, ou autres organes équivalents, positivement reliés et tournant, de toute façon appro- priée, l'un à la moitié de la vitesse de l'autre, la bielle et la manivelle - ou organes équivalents - de l'un de ces arbres forment au moment même de l'explosion - savoir dans les conditions du maxi- mum de pression dans le cylindre - un angle tel que, le couple moyen étant de la même valeur,un accroissement considérable du couple moteur maximum est obtenu.
L'échappement des gaz brûlés du cylindre a lieu, dans une forme d'exécution de L'invention, non à travers des soupapes ordi- naires, mais à travers des lumières ménagées dans la paroi latérale du cylindre et découvertes., à un moment convenable, par un piston, ce qui permet de supprimer quelques organes à fort échauffement -- sources faciles de detonations dues à l'incandescence - ainsi que d'autres inconvénients.
Afin de rendre plus efficace le fonctionnement du moteur, un dispositif peut être prévu, étroitement relié au moteur Lui- même,, moyennant lequel le mélange est aspiré dans une capacité auxiliaire distincte et séparée de La capacité de détente, le mélange étant introduit ensuite, sous une pression Légère, dans la capacité de detente, de façon à effectuer le balayage de cette capacité tout en expulsant presque totalement Les gaz d'échappement qui y étaient demeurés.
Dans une autre forme d'exécution, l'échappement a li eu, au contraire, à travers une soupape, mais avec un dispositif qui permet d'expulser les gaz brûlés sans devoir effectuer le balayage au moyen d'une alimentation forcée. Dans cet exemple le calage des arbres moteurs est tel qu'iL en résulte une différence de phase de 90 au lieu de 45 , c'est-à-dire que le bouton de manivelle de
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l'arbre tournant à la vitesse angulaire #/2 se trouve à 90 des 2 points morts lorsque Le bouton de manivelle de l'arbre tournant à la vitesse angulaire # se trouve prè s des points morts.
L'invention sera. mieux comprise d'après la description ci-après et d'après les dessins ci-annexés, donnant à titre d'exem- ple quelques forme de réalisation de la dite invention.
Sur Lesdits dessins:
Fig. 1. montre schématiquement en coupe longitudinale Le moteur complet, pendant la phase d'aspiration; Fig. montre le moteur dans la phase initiale de la compression; Fig. 5 montre la phase initiale de détente du moteur;
Fig. 4 montre la phase initiale de l'échappement du moteur;
Fig. 5 montre un diagramme des pressions et des volumes ou capacités;
Figs. 6 et 7 montrent schématiquement les quatre phases se succédant durant un tour de l'arbre du moteur;
Fig. 8 montre schématiquement le moteur en coupe longitu- dinale avec le dispositif auxiliaire au commencement de La phase de détente;
Fig. 9 le montre à La fin de la détente et au commence- ment de la phase d'échappement;
F'ig. 10 le montre pendant la phase d'échappement au mo- ment où s'achève l'a.spiration du mélange et commence la compression de ce dernier;
Fig. 11 Le montre au commencement de la phase d'intro- duction du mélange. et de balayage;
Fig. 1.2 le montre à la fin de La phase d'introduction et au commencement de la phase de compression;
Fig. 13 montre en coupe transversale le moteur- perfec- tionné avec la disposition des divers organes de liaison positive
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et avec l'a.ddition d'un compresseur centrifuge à l'aspiration;
Fig. 14 montre une variante selon laquelle le moteur est construit à cylindres doubles en ligne, convenant pour les applications aéronautiques ;
Fig. 15 est un .diagramme des phases qui se succèdent dans la chambre principale (10'), l'arbre tournant à la vitesse angulaire #/2;
Fig. 16 est un diagramme des phases qui se succèdent dans la chambre principale (10'), l'arbre tournant à la vitesse angu- Laire ..IL..
Fig. 17 est un diagramme des phases qui se déroulent dans la chambre auxiliaire (23);
Fig. 18 montre schématiquement le moteur dans la forme comportant des soupapes d'echappement, dans la phase de fin d'echap- panent- et de commencement d'aspiration, les soupapes qui intervien- nent dans cette phase étant situées au milieu du cylindre;
Fig. 19 montre le même moteur dans la phase de fin d'aspiration et de commencement de compression; Fig. 20 montre la phase de fin de compression et de com- mencement de la détente;
Fig. 21 montre la phase de fin de la detente et de commencement, de l'échappement;
Figs. 22 et 23 montrent - pour ce cas - schématiquement, les quatre phases accomplies en un cycle complet pendant lequel un arbre a fait un tour et l'autre deux.
Dans l'exemple représente sur les figs. 1 à 7, le moteur en question comporte un seul cylindre a, à ]--intérieur du- quel travaillent les pistons opposés b-c, le piston b étant relié au moyen de la bielle b' à l'arbre coudé d et Le piston c relié au moyen de La bielle c' à l'arbre coudé e. Lesdits arbres coudés d-e sont, dans cet exemple, positivement reliés entre eux par des engrenages f-g, ainsi que par une chaîne h, de sorte que l'arbre e-
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tourne à La moitié de la vitesse de l'arbre d. L'admission du mélange a lieu à travers la lumière i, et elle est réglée par une soupape ordinaire à plateau k, ou son équivalente commandée au moyen du poussoir 1 et de la came m.
L'axe de cette dernière ,est relié à un engrenage n engrenant à son tour avec la roue dent' - portée par L'arbre coudé e, la disposition étant telle que la vi- tesse de rotation de la came m soit égale à la vitesse de rotation de l'arbre e. En d'autres mots, les deux roues dentées n-o, ont des diamètres égaux.
L'échappement a lieu à travers des lumières p-p prévues dans la paroi du cylindre a du côte du piston c, et complètement decouvertes par ce dernier lorsqu'il se trouve au point mort inférieur.
La chambre d'explosion o est ménagée en partie dans le volume du cylindre compris entre les deux pistons dans leur posi- tion de point mort supérieur, et en partie aussi dans la chapelle de la soupape k à l'extérieur du cylindre, ladite chambre se trou- vant en communication avec ladite chapelle.
La chapelle de La soupape d'admission k, qui fait partie de la chambre d'explosion .9. contient - dans le cas du moteur à explosion - la bougie nécessaire a l'allumage; tandis que dans le cas du moteur à combustion progressive elle contient un injecteur approprié.
Le fonctionnement du mo teur est le suivant: il est bon de préciser que 1-'on entend par "position de point mort supéri eur" celle où le pi ston se trouve à la distance minimum de la soupape k; et il en est ainsi tant pour Le piston b que pour le piston c.
Tandis que la position de "point mort inférieur" est celle où les pistons (tant b que 5 se trouvent à La distance maximum de La sou- pape k.
Par "course ascendante" on entend la course qui porte les pistons (tant b que c) vers la soupape, de sorte que même en se mou-
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vant en sens contraires les pistons peuvent, tous les deux, accom- plir une course ascendante ou vice-versa.
La phase d'aspiration commence lorsque le piston b se trouve au point mort supérieur, le piston .± se trouvant déplacé de 45 par rapport à son point mort inférieur, c'est-à-dire dans la position indiquée par [alpha] sur la fig.l.
Pendant ladite phase d'aspiration le piston b s'éloigne de la soupape k, savoir, en passant de la position de point mort supérieur à celle de point mort inférieur (rotation de 180 ). Le piston c passe de la position indiquée par 0( à celle indiquée par #, tout en se rapprochant de la soupape -k (c'est-à-dire en accomplissant une course ascendante) tandis que la position ss reste elle aussi écartée de 45 du point mort supérieur relativement au pi ston c.
Pendant la phase d'aspiration - lorsque le piston c passe de la position [alpha] à la position /3 - (voir les figs. 1 et 2) les lumières d'échappement p qui étaient déjà fermées au commence- ment de l'aspiration, le reste pour toute la durée de la phase.
Le dessin montre des lumières p découvertes à la fin de la phase d'aspiration, mais dans ces conditions elles se trouvent séparées, par le piston c, de la chambre de combustion (celle qui est compri- se entre les têtes des pistons b-c et dans laquelle se trouve le mélange) elles ne peuvent, par conséquent, laisser échapper ledit mélange. Ceci établi, il y a encore à exposer que les deux arbres moteurs d-e sont disposes en phase de sorte que lorsque le piston b de l'arbre d, qui tourne à une vitesse plus élevée, se trouve aux points morts extrêmes, le piston c de l'arbre e qui tourne à une vitesse égale à la moitié de celle du premier arbre, se trou- ve encore écarté de 45 de ses propres points morts.
A partir de la phase d'aspiration, l'on voit (fgi.1) qu'au commencement de ladite aspiration le piston b se trouve au point mort supérieur et commence sa course descendante, tandis que le piston c se trou-
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ve dant la position indiquée par et en retard de 45 par rapport au point mort inférieur, c'est-à-dire dans sa course ascendante.
La soupape k est alors déjà ouverte puisque, normale- ment, elle s'ouvre en avance sur la phase d'aspiration.
Pendant Les 180 de rotation de L'arbre d, le piston b p.asse du point mort supérieur au point mort inférieur, tout en créent un certain volume V1 (voir la fig.5). L'arbre e, au con- traire, n'accomplit que 90 de rotation, et le piston c passe de La position 0( à la position /? indiquée sur la fig.2, en occu- pant à l'intérieur du cylindre un certain volume V2 (fig.5) de sorte que le volume total créé pendant la phase d'aspiration pro- vient du volume Vl seulement, étant donné que le volume V existait avant le commencement de la phase d'aspiration.
A la fin de la phase d'aspiration La soupape k se ferme complètement par suite de la rotation de La came m.
Au commencement de la phase de compression qui suit (voir toujours la fig.2) :Le piston b se trouve au point mort in- férieur et pendant les 180 de rotation de l'arbre d iL passe au point mort supérieur opposé. Le piston c, au contraire, passe de La position 3 à La position y (voir la fig.3) ce qui ne modifie pas sa position relativement au cylindre. Le volume du mél-ange à l'intérieur du cylindre est par conséquent réduit de la valeur V1 à la valeur V0 (fig.5) de la chambre d'explosion.
Pendant la phase de compression la soupape k reste fermée.
A la fin de la phase de compression ]--explosion a li eu, et la pression croît instantanément. Comme on le voit sur la fig.3, à L'instant de l'explosion, pendant que le piston b se trouve au point mort supérieur le piston .± ,se trouve, au contraire, en un point favorable, puisque Les positions de la bielle et de la mani- velle forment un angle se rapprochant des 90 .
Sur ladite fig. 3 on voit le commencement de la phase de détente; ici le piston b est au point mort supérieur, et pendant
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Les 180 de rotation de l'arbre d il passe au point mort inférieur; le piston c, au contraire, pendant les 90 de rotation de l'arbre passe de la position [gamma], selon la fig.3, à la position # de la fig. 4. Par conséquent le volume occupé par Les gaz de combustion à la fin de La phase de détente, s'élève à la somme de V1 = V2, étant donc plus grand que le volume occupé à la fin de la phase d' aspiration.
Pendant la phase de détente., la soupape k reste fermée.
La fig.4 montre, enfin, le commencement de La phase d',échappement. Le piston b est au point mort inférieur, et pendant
Les 1800 de rotation de l'arbre d il passe au point mort supérieur, tout en expulsent., du cylindre., les gaz d'échappement. Le piston c pendant les 90 de rotation de l'arbre e passe de La position # de la fig.4, jusqu'à la position [alpha] de la. fig.1; pendant ce mouve- ment de déplacement iL découvre les lumières d'échappement p par où: sont expulsés les gaz d'échappement chassés par le piston b.
Les lumières p peuvent encore être disposées de manière que L'échappement ait un début en avance et une fin convenables quelconques, avec un retard relativement à la phase d'échappement proprement dite.
Pendant la phase d'échappement la soupape k reste fermée.
Sur La fig.5 est schématiquement indiqué le cycle du moteur ou bien le diagramme des pressions et des volumes que représente le travail qui a lieu à l'intérieur du cylindre. Sui- vant ce que l'on voit d'après ledit diagramme, la transformation commence près du point 1 avec un volume initial V , le trait 1-2 indique L'aspiration, par laquelle a lieu le passage du volume V2 au volume plus grand V1. Le trait 2-3 indique la compression préalable, avec laquelle a lieu le passage du volume V1 au volume V0 de la chambre d'explosion.
Le trait 3-4, parallèle. à l'axe des ordonnées, indique l'augmentation instantanée de pression due à l'explosion, Et Le trait 4-5 La détente avec :laquelle on passe du
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volume V0 au volume total Vt égal à la somme de V1 + V2. Le trait
5-1, enfin, indique l'échappement à pression constante avec laquelle on revient du volume V1 au volume V2. Le trait 1-2 est, par consé- quent parcouru deux fois en un cycle, dans chaque sens, et ne compte pas, de sorte que la mesure du travail,comme on le sait, est donnée par l'aire délimitée par les traits 2-3-4-5-2.
Il est à noter que le moteur décrit se prête essentiel- lement à l'alimentation forcee avec compresseur, puisque comme le volume V reste rempli ,de gaz d'échappement à la fin de la phase d'échappement, si ces gaz n'étaient pas expulsés pendant la phase d'aspiration, la cylindrée utile n'aurait que le volume V1-V2-seul- ment; tandis que lorsque ces gaz son expulsés moyennant une admis- sion anticipée et par conséquent superposée à l'échappement et effectuée à une pression qui dépasse la pression d'échappement et par conséquent la pression atmosphérique ambiante - la cylindrée utile reste effectivement le volume V1 comme il a été supposé plus haut dans la présente description.
Les figs. 6 et 7 servent à montrer schématiquement les quatre phases qui se succèdent pour un seul tour de l'arbre moteur e et deux tours de 1.'arbre moteur d, c'est-à-dire une phase tous les
90 pour l'arbre et une phase tous les 180 pour l'arbre d. Dans les dites figures la phase d'aspiration est indiquée par 6, la com- pression par 7 La détente par 8 et l'échappement par 9.
Sur les figs. 8 à 17 inclusivement, le moteur est pourvu d'un dispositif auxiliaire représenté à cinq moments diffé- rents correspondants au commencement des quatre phases principales et à une cinquième position particulièrement importante.
Ces figures représentent le cylindre du moteur, consti- tué par deux parties, dont l'une 10 a un diamètre plus petit que l'autre 11; à l'intérieur du cylindre se meuvent, de façon étanche, deux pistons:.Le pi ston 12 -ayant la forme habituelle qui est relié au moyen de la bielle 13 et de la manivelle 14 à l'arbre 1.5 contenu
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dans le carter 16; le piston 17 ayant au contraire une forme spéciale est relié au moyen de la bielle 18 et de la manivelle 19 . à 1'arbre 20 contenu dans le carter 21.
Les arbres 15 et 20 sont, comme dans le cas précédemment décrit,, positivement et convenablement reliés au moyen d'engrenages à chafne, ou autres, de sorte que l'arbre 15 tourneà une vitesse angulaire double de celle de 1.'arbre 20.
Le piston 17 est constitué, comme on le voit sur les dessins, en deux parties, dont l'une a un diamètre approprié 4 la partie 10 du cylindre moteur, et l'autre a un diamètre plus grand, approprié à la partie 11 du cylindre.
A 1.-'intérieur du cylindre, étant donné la forme et la disposition des pistons, existent ainsi deux chambres à volume variable; l'une la chambre 10' comprise entre les parois latérales de la partie 10 du cylindre et les têtes des deux pistons, dans laquelle a lieu l'allumage du mélange au moyen de la bougie 22 et à l'intérieur de .Laquelle a lieu, ensuite, la détente des gaz en com- bustion. L'autre,la chambre 23 comprise entre les parois latérales et longitudinales de la parti e 11 du cylindre et le gradin existant sur le piston 17, dans laquelle le mélange combustible est aspire avant d'être transféré dans la chambre 10'.
Le mélange venant de la direction indi qu ée par la flèche, du carburateur qui n'est pas indiqué au dessin, arrive par une conduite 24 jusqu'à une chambre cylindrique 25 communiquant avec la chambre 23 au moyen de la conduite 26 et avec la chambre 10' au moyen de la conduite 27;
à l'intérieur de la chambre 25 tourne, sous la commande d'un système spécial (par exemple à engrenages) directe- ment relié à l'arbre 20 qui tourne à la moitié de la vitesse de l'arbre 15, un distributeur obturateur 28 pourvu d'une lumière 29 qui met la chambre 25 en communication alternativement avec le carburateur à travers la conduite 24, ou bi en avec la chambre 10' tout en restant en communication, indépendamment de la rotation du '
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distributeur, avec la chambre 23 comme cela ressort mieux de La coupe transversale de la fig.13.
Les gaz résiduels de la combustion qui se trouvent dans la chambre 10' à la fin de la phase de détente sont, en partie, expulsés à l'extérieur pendant la phase de détente à travers des lumières 30 de la paroi latérale de la partie 10 du cylindre moteur; ces lumières sont, en temps convenable, découvertes par le piston 17 pendant la phase de décharge et pendant le balayage les gaz rési- duels qui se trouvaient dans la chambre 10'à la-fin de l'échappe- ment sont encore presque totalement expulsés.
Le fonctionnement du moteur aux diverses phases est le suivant :
Pour chacun des deux pistons, la position de point mort supérieur sera définie comme la position dans laquelle la manivelle et la bielle se trouvent en ligne, le bouton de la manivelle étant situé au même côté du piston par rapport à l'arbre; et comme posi- tion de point mort inférieure la position dans laquelle la manivelle et la bielle sont en ligne, le bouton de la manivelle étant situé du côté opposé du piston relativement à l'arbre.
Le calage des deux arbres est, alors, celui qui ressort de la fig.8 c'est-à-dire tel que le piston 12 se trouve au point mort supérieur quand le piston 17,'se trouve dans la position qui correspond à un déplacement, dans le sens du mouvement, de 45 à partir du point mort sup éri eur.
En observant la fig.8 qui montre le commencement de la phase de détente on voit que le piston 12 est au point mort supé- rieur et le piston 17 est dans la position indiquée par 31 c'est-à- dire que la manivelle 19 est déplacée de 45 par rapport à la po si- tion de point mort supérieur.
Dans cette position, le volume de la chambre 1.0' a atteint sa valeur minimum et il est sur le point de commencer à augmenter; le volume 23 a la valeur qui correspond-étant donné le diamètre de la.partie 11 du cylindre - à la course effectuée par le piston
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17 depuis la position 3 de point mort supérieur jusqu'à la position indiquée par 31. La lumière 29 du distributeur 28 est sur le point de faire face à la conduite 24, c'est-à-dire qu'elle est sur le point de mettre la chambre 25 en communication avec l'entourage extérieur, savoir avec le carburateur.
Pendant la phase de détente l'arbre 15 tourne de 180 , et le piston 12 passe du point mort supérieur :au point mort infé- rieur; l'arbre 20 au contraire, tourne de 90 et le piston 17 passe de la position 31 à la position 33 représentée sur la fig.9, laquelle position précède de 45 le point mort inférieur.
Le volume 10' passe, pendant la détente, de sa valeur minimum à sa valeur maximum. Le volume 23 passe de la valeur qui correspond à la position 31 à la valeur qui correspond à la position 33 qui n'est pourtant pas encore la valeur maximum, car la valeur maximum correspond à la position de point mort inférieur du piston 17. Pendant la susdite phase, savoir pendant le passage du piston 17 de la position 31 à la position 33 la lumière 29 ¯du distributeur .28 fait effectivement face à la conduite 24 et le mélange provenant du carburateur est aspiré à l'intérieur de la chambre 23.
L'interception de la communication entre la chambre 25 et la conduite 24 par le distributeur 28 n'a lieu pourtant que lorsque le piston 17 a atteint son point mort inférieur, savoir quand le volume 23 a atteint sa valeur maximum; l'aspiration du mél.ange dans la chambre 23 continue alors sur 45 de rotation de l'arbre 20 après la fin de la détente, savoir 45 de rotation dudit arbre 20 pendant la phase d'échappement qui suit la phase de détente.
Sur la fig.9 qui, comme il a été dit, représente la fin de la détente et le commencement de la phase d'échappement, le piston 12 est au point mort inférieur et le piston 17 dans la position 33 qui précède de 45 le point. mort inférieur.
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Le volume 10' a sa va-Leur maximum tandis que Le volume 23 a la valeur précédemment indiquée. La lumière 29 du distribu- teur 28 se trouve dans la position déjà indiquée, c'est-à-dire encore en face de la conduite 24, et la chambre 23 est par consé- quent toujours en communication avec le carburateur.
Pendant la phase d'échappement l'arbre 15 tourne de 180 et le piston 12 passe du point mort inférieur au point mort supé- rieur; l'arbre 20 tourne de 90 et le piston 17 passe de la position 33 à la position 35 représentée sur la fig.ll. En se déplaçant de la position 33 à la position 35 le piston 17 découvre les lumières d'échappement 30 et comme le volume 10' se réduit progressivement à cause du déplacement vers le point mort supérieur du piston 12 les gaz résiduels de la combustion sont, en partie, expulsés à travers lesdites lumières d'échappement.
En réalité pourtant l'échappement commence avec une certaine avance, cest-à-dire que les lumières 30 sont découvertes par le piston 17 avant que le piston 12 soit arrivé au point mort inférieur, et la manivelle 19 à la position 33; de même elle se termine avec un retard (lequel en valeur angulaire est égal à l'avance) c'est-à-dire qu'elle continue encore un certain temps après que le piston 12 a déjà dépassé le point mort supérieur, et la manivelle 19 la position 35, afin de permettre le balayage des gaz d'échappement de -La cham,bre 10'.
Dans la phase d'echappement, pendant le passage de la manivelle 19 de la position 33 à la po-sition de point mort inférieur, le volume .23 continue à augmenter et à aspirer du mélange du carbu- rateur, la lumière 29 du distributeur 28 faisant toujours face à la conduite 24 ; au contraire, pendant le passage de la manivelle 19 de la position de point mort inférieur à la position 35 le distri- buteur 28 intercepte la communication avec la conduite 24 ; etcomme le piston 17 accomplit un déplacement vers le point mort supérieur, le mélange est légèrement comprimé dans le volume 2.3 aussi bien que dans la conduite 26 et dans la chambre 25.
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La fig.10 montre la po sition particulière.. pendant la phase d'échappement, dans laquelle se termine L'aspiration du mélange dans la chambre 23 et commence la compression du mélange dans ladite chambre 23 et dans la Conduite 26 et dans la chambre 25. Dans la position de ladite fig.3 le piston 17 est au point mort inférieur et le volume 23 a atteint sa valeur maximum. Le piston 12 s' est déjà déplace depuis le point mort inférieur vers Le point mort supérieur, pour une rotation de 90 de sa manivelle, ayant ainsi effectué une moitié de la phase d'échappement.
La lumière 29 du distributeur 28 intercepte à partir de ce moment la communication entre la chambre 25 et la conduite 24 qui va au carburateur, afin que le mélange comprimé dans la chambre 23 reste dans la conduite 26 et dans la chambre 25, en attente d'être transféré dans la chambre 10' et ne s'en retourne pas vers le carburateur.
Pendant le passage de la position de la fig. 10 à celle de la fig. Il., qui représente Le commencement de la phase d'admission et de balayage., Le piston 12 atteint le point mort supérieur et termine la phase d'échappement, la manivelle 19 passe du point mort inférieur à la position 35 et le volume 23 se réduit tandis que le mélange qui y est contenu, y reste comprimé attendu que pendant ce laps de temps la chambre 25 est isolée, la lumière 29 du distributeur 28 ne faisant plus face ni à la conduite 24 ni à la conduite 27.
La fig. 11 montre - comme il a été dit - le commencement de la phase d'admission et de balayage, dans cette position le piston 12 est au point mort supérieur et le piston 17 dans la posi- Lion b5; le volume 10' a une valeur intermédiaire entre le maximum a la fin de la detente, et le minimum à la fin de la compression ; et par conséquent comme La chambre 10' n'a, pas repris, à la fin de l'échappement, le même volume qu'elle avait à la fin de la com- pression, des gaz residuels se trouvent encore dans ladite chambre
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et sont expulsés par le balayage.
Le volume 25 a une valeur identique à celle qu'il avait dans la position 33 de la manivelle 19 et par conséquent, comme il a été dit, le mélange se trouve légèrement comprimé dans la chambre
23, dans la conduite 26 et dans la chambre 25. La lumière 29 du distributeur 28 est sur le point de faire face à la conduite 27 qui met en communication la chambre 10' avec la chambre 25 et ensuite avec la chambre 25.
Pendant la phase d'admission l'arbre 15 tourne de 1800 et le piston 12 passe du point mort supérieur au point mort infé- rieur; l'arbre 20 tourne de 90 et le piston 17 passe de la position
35 à la position 36 représentée sur la fig.l2. La lumière 29 du distributeur 28 fait face à la conduite 27 et la chambre 23 est par conséquent en communication avec la chambre 10'; puisque pendant le passage de la manivelle 17 de la position 35 à la position 31 le volume 23 se réduit progressivement par suite du déplacement du piston 17 vers le point mort supérieur, le mélange déjà légèrement comprimé est transféré de la chambre 23 dans la chambre de combustion et de détente 10'.
-A partir de la position 35 et pendant un premier inter- valle de la phase d'admission (lequel intervalle doit être établi pratiquement en valeur angulaire) les lumières 30 d'échappement restent, comme déjà dit, découvertes; de sorte que le mélange pro- venant de la chambre 23 entre dans la chambre 10' de la conduite 27, et chasse de la chambre 10' les gaz résiduels de la combustion.
En effet les lumières 30 se trouvent dans la chambre 10' en un point diamétralement opposé à celui où. se trouve l'orifice de la conduite 27; pour cette raison si le mélange tend à remplir la chambre 10' il tend à remplacer les gaz d'échappement qui sont chassés et expulsés à travers les dites lumières 30.
La substitution, aux gaz résiduels, du mélange provenant 7 de la chambre 23 a lieu ensuite parce que quand le piston 17 quitte .
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la position 35 le piston 12 quitte la position de point mort supé- rieur, raison pour laquelle les déplacements linéaires du piston 17 sont plus grands que les déplacements linéaires du piston 12, et alors le volume de mélange expulsé de la chambre 23 ne trouvant point d'accroissement de volume proportionné dans la chambre 10' doit tendre à se substituer aux gez résiduels qui s'y trouvent.
Pratiquement encore, afin de provoquer dans une plus grande mesure le balayage des gaz d'échappement de la chambre 10' le commencement de l'admission du mélange dans ladite chambre peut être en avance par rapport à la position de point mort supérieur du piston 12 de sorte que pEndant un premier bref intervalle de temps il n'y ait aucune augmentation dans la chambre 10'.
A la fin de la phase d'admission - voir la fig.12 - et au commencement de la phase de compression, le piston 12 est au point mort inférieur et le piston 17 occupe la position 36.
Le volume 10' prend une valeur intermédiaire entre la valeur maximum à la fin de la détente et la valeur minimum à la fin de la compression, comme il a été dit plus haut pour le premier cas, le volume dans lequel se détendent les gaz de la combustion doit être beaucoup plus grand que le volume occupé par le mélange admis dans le cylindre, afin de pouvoir recouvrer une grande partie de la chaleur perdue pendant l'échappement au moyen d'une détente prolongée eu égard au moteur normal.
Comme on le voit d'après la fig.12, le distributeur 28 a commencé précisément alors à intercepter la communication entre la chambre 10' et la chambre 23 la lumière 29 ne faisant plus fa.ce à la conduite 27; d'autre part le volume 23 n'a pas encore atteint sa valeur minimum, Qui correspond évidemment, non à le position 36 du piston 17 mais à la position de point mort supérieur.
Le mélange resté dans la chambre 23 dans la conduite 26 et dans la chambre 25 subit ensuite une légère compression pendant ? le passage du piston 17 de la position 56 à la position de point
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mort supérieur, tout en absorbant un travail qu'il restitue plus tard en se détendant lorsque le piston 17 passe, toujours pendant la phase de compression, de la position de point mort supérieur à position 51, laquelle est symétrique relativement à celle indiquée par 36.
En réalité, pourtant, la phase d'admission cessera avec un certain retard. (lequel, en valeur angulaire, doit être défini expérimentalement) à partir de la position considérée, tout en tenant compte du fait que lorsque le piston 17 quitte la position 36 et le piston 12 quitte la position de point mort inférieur, au cours d'un premier bref intervalle de temps le volume 23 se réduit de façon progressive sensiblement et plus rapidement que le volume 10', les déplacements linéaires du piston 12 étant beaucoup plus petits quand les rotations de la manivelle ont lieu à proximité du point mort et ne pouvant, par conséquent, compenser la différence entre les dia- mètres des deux parties du piston 17.
En outre, comme on Le sait, le mélange tend à pénétrer encore dans le cylindre par l'effet de l'inertie aussi acquise quand le volume d'aspiration n'augmente point ultérieurement. Pour cette raison, en pratique, la lumière 29 du distributeur 28 fera encore fa- à la conduite 27 pour une courte durée de la phase de compression, et 1'interception de la communication entre la chambre 10' et la chambre 23 aura lieu dans une position un peu déplacée dans le sens du mouvement par rapport à la position de point mort inférieur du pi ston 12 et à la position 36 du pi ston 17.
Pendant la phase de compression 1.'arbre 15 tourne de 150 et Le piston 12 passe du point mort inférieur au point mort supérieur; l'arbre 20 tourne, au contraire, de 90 et le piston 17 passe de la position 36 à la position symétrique 31.
Le volume 10' se réduit de la valeur ou-'il avait acquise à la fin de la phase d'admission à sa valeur minimum, le fait étant à noter que le rapport entre ces deux valeurs ou volume 10' définit le-
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-rapport volumetrique de compression du moteur.
Le volume 26 se réduit en un premier temps, et augmente en un second temps, comme on l'a déjà vu.
Pendant la phase de compression la chambre 25 reste isolée soit de la chambre 10' soit de la chambre 23 sauf le retard, déterminable expérimentalement, à la fin de l'andrission, dont il a. déjà été question.
La chambre 10' doit evidemment être isolée afin que le mélange y soi t comprimé.
Pendant la phase de compression, par conséquent, la lu- mière 29 du distributeur 28 ne fait face ni à la conduite 27 ni à la conduite 24.
A la fin de la phase de compression, et par conséquent au commencement de la phase de détente, le moteur revient à la position de la fig.8.
En général on peut encore dire, comme il a été fait déjà au sujet des figs. 1 à 7, que tandis qu'avec la disposition décrite la réalisation du cycle à explosion est possible ainsi que celle du cycle mixte, si l'on veut réaliser dans le moteur le cycle Diesel à compression graduelle, il suffira de substituer à la bougie d'allumage 22 un injecteur du combustible.
Enfin on peut noter qu'en cas de suralimentation du moteur au moyen d'un compresseur rotatif, soit volumétrique, soit centrifuge on pourrait, en renonçant totalement ou en partie au bénéfice de la détente prolongée, obtenir du moteur une puissance maximum fort élevée en introduisant - par exemple - dans le cylindre une charge d'un volume égal et même plus grand de la cylindrée totale du vo- lume de detente, de façon à n'avoir plus un fonctionnement d'econo- mie (ayant renoncé au recouvrement de la chaleur dispersée à la dé- charge) mais un fonctionnement de puissance maximum qui pourrait être nécessaire pour des applications spéciales ou pour des moteurs aéronautiques pour vols à hautes et très hautes altitudes.
En ce cas,
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en surdimentionnant convenablement le piston 17 dont la partie de plus grand diamètre constitue le compresseur alternatif, le moteur pourrait rétablir sa puissance jusqu'à une certaine alti- tude rien qu'au moyen de celui-ci, le compresseur rotatif étant utilisé ensuite en série avec l'alternatif afin de porter l'alti- tude du rétablissement de la puissance maximum à un niveau bien plus élevé.
Pour les applications aéronautiques le moteur pourrait être construit à cylindres doubles, situés en ligne, comme c'est montré schématiquement et clairement sur la fig. 14, de façon à présenter un encombrement frontal fort réduit et à se prêter à être logé éventuellement à l'interieur de l'aile de l'avion.
Sur la fig. 13 est indiquée d'une façon schématique une coupe transversale d'un moteur complet tel qu'il a été décrit avec référence aux figs. 8 à 12 inclusivement ; d'après la dite figure on voit comment peuvent être agencés les divers organes, surtout pour ce qui concerne la liaison positive entre les deux arbres moteurs et pour ce qui regarde la distribution, en parti- culier par rapport aux communications entre la chambre 25 de la distribution, la chambre 23 d'aspiration du mélange et la chambre 10' de combustion et de détente.
Il est entendu que la distribution pourrait aussi être réalisée au moyen d'un système ordinaire de soupapes à plateau ou similaires, commandées comme d'habitude au moyen d'un arbre à excentriques.
Sur le diagramme de la fig. 15, E indique la- phase de dé- tente comprise entre les positions 31 et 33 du bouton de la ma- nivelle, S la phase d'échappement comprise entre les positions 33 et 35, A la phase d'aspiration comprise entre les positions 35 et 36 et C la phase de compression comprise entre les points 36 et 31 du bouton de manivelle.
Sur la fig. 16 on voit que A indique la phase d'aspiration qui va du point 37 (point mort supérieur) au point 38 (point mort
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inférieur), C indique la phase de compression qui va du point 38 (point mort inférieur) au point 37 (point mort supérieur), E la phase de détente qui va du point mort supérieur 37 au point mort inférieur 38, et S la phase d'échappement qui va du point mort inférieur 38 au point mort supérieur 37.
Sur la fig. 17, A indique la phase d'aspiration dans la chambre 23, qui va de la position 31 à la position 34 du bouton de manivelle, C la phase de compression dans la chambre 23 qui va du point 34 (point mort inférieur) au point 35, et I la phase d'admission dans la chambre 10', laquelle phase va du point 35 au point 36.
Les figs. 18 à 21 représentent un exemple de moteur éta- bli selon les mêmes concepts exposés plus haut, mais dans lequel le calage des deux arbres moteurs est tel que lorsque la manivel- le de l'arbre qui tourne à plus grande vitesse est au point mort, la manivelle qui tourne à une vitesse moindre se trouve à 90 du point mort. Ceci permet que pendant le fonctionnement les pistons 40, 41 effectuent l'expulsion des gaz d'échappement, puisque les dits pistons, à la fin de l'échappement se trouvent (fig. 18) à la même distance qu'à la fin de la compression (fig. 20). En d'autres mots, l'espace compris'entre ces deux pistons à la fin de l'échappement (fig. 18) présente un volume correspondant exactement à celui existant à la fin de la com- pression. (fig. 20).
Des soupapes 42 d'admission et 43 d'échappement, conve- nablement et synchroniquement actionnées par des cames usuelles servent à l'admission du mélange et à l'expulsion des gaz brûlés, avec des phases en substance semblables à celles déjà décrits à propos des figs. 1 à 4. Seulement, dans le présent exemple, les manivelles 39 sont déplacées de 45 par rapport à ce qui est montré par lesdites figs. 1 à 4. De ce fait et parce que l'é- chappement se fait à mi-hauteur du cylindre il est possible d'expulser pratiquement et complètement les gaz brûlés sans
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devoir effectuer le balayage des chambres en ayant recours à l'alimentation forcée.
Les figs. 22 et 23 montrent schematiquement les 4 phases que les pistons exécutent sur un seul tour de l'arbre moteur 44 et sur deux tours de l'arbre 44'. Dans ces figures la phase d'as- piration est indiquée par 45, la compression par 46, la detente par 47, et l'échappement par 48, les points morts inférieur et supérieur étant indiqués par 49 et 50.
Il est entendu que les dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemples schématiques et que l'invention peut être expliquée d'une manière différente de celle que l'on a indiquée. Par exem- ple, le cylindre pourrait être en deux parties disposées en V et communiquant entre elles, avec une seule chambre d'explosion située à l'angle du V.
Ce moteur pourrait être construit plutôt qu'avec des arbres coudés, avec d'autres moyens atteignant le même but, comme, par exemple des systèmes à plaques oscillantes, toujours dispesés de sorte -que l'une des plaques ait une oscillation égale à la moitié de celle de l'autre.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Internal combustion or internal combustion engine with variable capacity from the suction phase to the expansion phase.
The invention relates to an internal combustion or internal combustion engine, which is arranged so as to have a variable capacity in the cylinder, that is to say different during the suction phase from what it is. during the relaxation phase.
In other words, one of the essential characteristics of this engine is that the gases produced by the combustion of the mixture can expand to a greater capacity than that occupied by the mixture itself during .la. suction phase; consequently the trigger is found to be amplified and much more extensive than that of a normal four-stroke engine; it follows that the losses of
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well-known work, due to incomplete relaxation are reduced in the case in question.
Essentially, according to the invention, the work in the engine is transmitted to two crank shafts, or other equivalent members, positively connected and rotating, in any appropriate way, one at half the speed of l 'other, the connecting rod and the crank - or equivalent members - of one of these shafts form at the very moment of the explosion - namely in the conditions of the maximum pressure in the cylinder - an angle such that the torque mean being of the same value, a considerable increase in the maximum engine torque is obtained.
The exhaust of the burnt gases from the cylinder takes place, in one embodiment of the invention, not through ordinary valves, but through openings in the side wall of the cylinder and uncovered at one point. suitable, by a piston, which makes it possible to eliminate some parts with strong heating - easy sources of detonations due to the incandescence - as well as other disadvantages.
In order to make the operation of the engine more efficient, a device can be provided, closely connected to the engine itself, whereby the mixture is sucked into a separate auxiliary capacity and separate from the expansion capacity, the mixture being then introduced, under a Light pressure, in the expansion capacity, so as to perform the sweeping of this capacity while expelling almost completely the exhaust gases which had remained there.
In another embodiment, the exhaust has li had, on the contrary, through a valve, but with a device which makes it possible to expel the burnt gases without having to carry out the flushing by means of a forced supply. In this example, the timing of the drive shafts is such that it results in a phase difference of 90 instead of 45, that is to say that the crank knob of
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the shaft rotating at angular speed # / 2 is at 90 of the 2 dead points when the crank knob of the shaft rotating at angular speed # is near the dead points.
The invention will be. better understood from the following description and from the accompanying drawings, giving by way of example some embodiments of said invention.
On said drawings:
Fig. 1. shows schematically in longitudinal section The complete motor, during the suction phase; Fig. shows the engine in the initial phase of compression; Fig. 5 shows the initial phase of engine relaxation;
Fig. 4 shows the initial phase of the engine exhaust;
Fig. 5 shows a diagram of pressures and volumes or capacities;
Figs. 6 and 7 schematically show the four successive phases during one revolution of the motor shaft;
Fig. 8 schematically shows the engine in longitudinal section with the auxiliary device at the start of the expansion phase;
Fig. 9 shows this at the end of the expansion and the start of the escape phase;
F'ig. 10 shows it during the exhaust phase at the moment when the aspiration of the mixture ends and the compression of the latter begins;
Fig. 11 Shows this at the start of the mixture introduction phase. and scanning;
Fig. 1.2 shows this at the end of the introductory phase and at the beginning of the compression phase;
Fig. 13 shows in cross section the improved engine with the arrangement of the various positive connecting members
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and with the addition of a centrifugal suction compressor;
Fig. 14 shows a variant according to which the engine is constructed with double cylinders in line, suitable for aeronautical applications;
Fig. 15 is a diagram of the phases which follow one another in the main chamber (10 '), the shaft rotating at angular speed # / 2;
Fig. 16 is a diagram of the successive phases in the main chamber (10 '), the shaft rotating at angular speed .. IL ..
Fig. 17 is a diagram of the phases taking place in the auxiliary chamber (23);
Fig. 18 schematically shows the engine in the form comprising exhaust valves, in the phase of end of exhaust- and start of suction, the valves which intervene in this phase being located in the middle of the cylinder;
Fig. 19 shows the same engine in the end of suction and start of compression phase; Fig. 20 shows the phase of end of compression and start of expansion;
Fig. 21 shows the phase of the end of the expansion and the start of the exhaust;
Figs. 22 and 23 show - in this case - schematically, the four phases accomplished in a complete cycle during which one shaft has made one revolution and the other two.
In the example shown in figs. 1 to 7, the engine in question has a single cylinder a, inside which the opposed pistons bc work, the piston b being connected by means of the connecting rod b 'to the bent shaft d and the piston c connected by means of the connecting rod c 'to the bent shaft e. Said bent shafts d-e are, in this example, positively connected to each other by gears f-g, as well as by a chain h, so that the shaft e-
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spins at half the speed of the shaft d. The admixture of the mixture takes place through the port i, and is regulated by an ordinary plate valve k, or its equivalent controlled by means of the pusher 1 and the cam m.
The axis of the latter is connected to a gear n meshing in turn with the tooth wheel '- carried by the bent shaft e, the arrangement being such that the speed of rotation of the cam m is equal to the shaft rotation speed e. In other words, the two toothed wheels n-o have equal diameters.
The exhaust takes place through openings p-p provided in the wall of the cylinder a on the side of the piston c, and completely uncovered by the latter when it is at the lower dead center.
The explosion chamber o is formed partly in the volume of the cylinder included between the two pistons in their upper dead center position, and partly also in the valve chapel k outside the cylinder, said chamber being in communication with the said chapel.
The chapel of the inlet valve k, which is part of the explosion chamber. 9. contains - in the case of an internal combustion engine - the spark plug necessary for ignition; while in the case of the progressive combustion engine it contains a suitable injector.
The operation of the engine is as follows: it should be noted that 1-'by "upper dead center position" is meant that where the pin is at the minimum distance from the valve k; and this is the case for both piston b and piston c.
While the "lower dead center" position is where the pistons (both b and 5 are at the maximum distance from the valve k.
By "upstroke" is meant the stroke which carries the pistons (both b and c) towards the valve, so that even when moving
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in opposite directions the pistons can both complete an upstroke or vice versa.
The suction phase begins when the piston b is in the upper dead center, the piston ± being moved by 45 from its lower dead center, that is to say in the position indicated by [alpha] on fig.l.
During said suction phase the piston b moves away from the valve k, namely, passing from the position of upper dead center to that of lower dead center (rotation of 180). The piston c moves from the position indicated by 0 (to that indicated by #, while approaching the -k valve (that is to say by making an upstroke) while the position ss also remains separated by 45 of the top dead center relative to the pin c.
During the suction phase - when the piston c goes from position [alpha] to position / 3 - (see figs. 1 and 2) the exhaust ports p which were already closed at the start of the suction, the rest for the duration of the phase.
The drawing shows openings p discovered at the end of the suction phase, but under these conditions they are separated, by the piston c, from the combustion chamber (that which is enclosed between the heads of the pistons bc and in which the mixture is located) they cannot, therefore, allow said mixture to escape. This established, it still has to be explained that the two driving shafts of are arranged in phase so that when the piston b of the shaft d, which rotates at a higher speed, is at the extreme dead centers, the piston c of the shaft e, which rotates at a speed equal to half that of the first shaft, is still separated by 45 from its own dead points.
From the suction phase, it can be seen (fgi.1) that at the beginning of said suction the piston b is at the upper dead center and begins its downward stroke, while the piston c is located.
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ve dant the position indicated by and behind by 45 compared to the lower dead center, that is to say in its upstroke.
The valve k is then already open since, normally, it opens ahead of the suction phase.
During the 180 ° rotation of the shaft d, the piston b moves from the upper dead center to the lower dead center, while creating a certain volume V1 (see fig. 5). Shaft e, on the other hand, only rotates 90 times, and piston c goes from position 0 (to position /? Indicated in fig. 2, occupying inside the cylinder a certain volume V2 (FIG. 5) so that the total volume created during the aspiration phase comes from the volume V1 only, since the volume V existed before the start of the aspiration phase.
At the end of the suction phase, the valve k closes completely as a result of the rotation of the cam m.
At the start of the following compression phase (always see fig. 2): The piston b is at the lower dead center and during 180 rotations of the shaft d iL moves to the opposite upper dead center. Piston c, on the contrary, goes from position 3 to position y (see fig. 3) which does not modify its position relative to the cylinder. The volume of the mixture inside the cylinder is consequently reduced from the value V1 to the value V0 (fig. 5) of the explosion chamber.
During the compression phase the valve k remains closed.
At the end of the compression phase] - explosion has taken place, and the pressure increases instantly. As can be seen in fig. 3, at the instant of the explosion, while the piston b is at the upper dead center the piston ±, is, on the contrary, at a favorable point, since the positions of the connecting rod and the crank form an angle approaching 90.
On said fig. 3 we see the beginning of the relaxation phase; here the piston b is at the upper dead center, and during
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The 180 of rotation of the shaft passes to the lower dead center; the piston c, on the contrary, during the 90 rotation of the shaft passes from the position [gamma], according to fig.3, to the position # of fig. 4. Consequently, the volume occupied by the combustion gases at the end of the expansion phase amounts to the sum of V1 = V2, being therefore greater than the volume occupied at the end of the suction phase.
During the expansion phase, the valve k remains closed.
Fig. 4 shows, finally, the beginning of the escape phase. Piston b is at lower dead center, and for
The 1800 shaft rotation shifts to upper dead center, while expelling., From the cylinder., The exhaust gases. The piston c during the 90 rotation of the shaft e passes from the position # of fig.4, to the position [alpha] of the. fig. 1; during this movement iL uncovers the exhaust ports p through which: the exhaust gases expelled by the piston b are expelled.
The ports p can still be arranged so that the escape has any convenient early start and end, with a delay relative to the actual escape phase.
During the exhaust phase the valve k remains closed.
In fig. 5 is schematically indicated the cycle of the engine or the diagram of the pressures and volumes which represents the work which takes place inside the cylinder. Following what can be seen from the said diagram, the transformation begins near point 1 with an initial volume V, the line 1-2 indicates Aspiration, by which takes place the passage from volume V2 to volume plus large V1. Line 2-3 indicates the prior compression, with which the passage from volume V1 to volume V0 of the explosion chamber takes place.
Line 3-4, parallel. on the y-axis, indicates the instantaneous increase in pressure due to the explosion, And Line 4-5 The trigger with: which we pass from
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volume V0 to the total volume Vt equal to the sum of V1 + V2. The line
5-1, finally, indicates the exhaust at constant pressure with which one returns from volume V1 to volume V2. Line 1-2 is therefore run twice in a cycle, in each direction, and does not count, so that the measure of the work, as we know, is given by the area delimited by the lines 2-3-4-5-2.
It should be noted that the engine described lends itself essentially to forced supply with a compressor, since, as the volume V remains filled, with exhaust gases at the end of the exhaust phase, if these gases were not not expelled during the suction phase, the useful displacement would only have the volume V1-V2-only; whereas when these gases are expelled by means of an early admission and consequently superimposed on the exhaust and carried out at a pressure which exceeds the exhaust pressure and consequently the ambient atmospheric pressure - the useful displacement effectively remains the volume V1 as it was assumed above in the present description.
Figs. 6 and 7 are used to show schematically the four phases which follow one another for a single revolution of the motor shaft e and two revolutions of the motor shaft d, that is to say one phase every
90 for the shaft and one phase every 180 for the shaft d. In the said figures, the suction phase is indicated by 6, the compression by 7, the expansion by 8 and the exhaust by 9.
In figs. 8 to 17 inclusive, the motor is provided with an auxiliary device shown at five different times corresponding to the beginning of the four main phases and to a particularly important fifth position.
These figures show the engine cylinder, made up of two parts, one of which 10 has a smaller diameter than the other 11; inside the cylinder move, in a sealed manner, two pistons:. The ston 12 - having the usual shape which is connected by means of the connecting rod 13 and the crank 14 to the shaft 1.5 contained
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in the housing 16; the piston 17 having on the contrary a special shape is connected by means of the connecting rod 18 and the crank 19. to the shaft 20 contained in the housing 21.
The shafts 15 and 20 are, as in the previously described case, positively and suitably connected by means of chain gears, or the like, so that the shaft 15 rotates at an angular speed twice that of the shaft 20. .
The piston 17 is made, as can be seen in the drawings, in two parts, one of which has a suitable diameter for the part 10 of the engine cylinder, and the other has a larger diameter, suitable for the part 11 of the engine. cylinder.
Inside the cylinder, given the shape and arrangement of the pistons, there are thus two variable volume chambers; one the chamber 10 'between the side walls of part 10 of the cylinder and the heads of the two pistons, in which the ignition of the mixture takes place by means of the spark plug 22 and inside. , then, the expansion of the gases in combustion. The other, the chamber 23 between the lateral and longitudinal walls of the part 11 of the cylinder and the step existing on the piston 17, in which the combustible mixture is sucked before being transferred into the chamber 10 '.
The mixture coming from the direction indicated by the arrow, from the carburetor which is not indicated in the drawing, arrives through a pipe 24 to a cylindrical chamber 25 communicating with the chamber 23 by means of the pipe 26 and with the chamber 10 'by means of the pipe 27;
inside the chamber 25 rotates, under the control of a special system (eg gear) directly connected to the shaft 20 which rotates at half the speed of the shaft 15, a shut-off distributor 28 provided with a port 29 which places the chamber 25 in communication alternately with the carburetor through the pipe 24, or bi en with the chamber 10 'while remaining in communication, independently of the rotation of the'
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distributor, with the chamber 23 as is best seen from the cross section of fig.13.
The residual combustion gases which are in chamber 10 'at the end of the expansion phase are, in part, expelled to the outside during the expansion phase through openings 30 in the side wall of part 10 the engine cylinder; these ports are, in due time, discovered by the piston 17 during the discharge phase and during the flushing the residual gases which were in the chamber 10 'at the end of the exhaust are still almost completely expelled .
The operation of the motor in the various phases is as follows:
For each of the two pistons, the upper dead center position will be defined as the position in which the crank and the connecting rod are in line, the button of the crank being located on the same side of the piston with respect to the shaft; and as the lower dead center position the position in which the crank and connecting rod are in line, the crank button being located on the opposite side of the piston relative to the shaft.
The setting of the two shafts is, then, that which emerges from fig. 8, that is to say such that the piston 12 is at the upper dead center when the piston 17, 'is in the position which corresponds to a displacement, in the direction of movement, of 45 from the upper dead center.
By observing fig. 8 which shows the beginning of the expansion phase, we see that the piston 12 is in upper dead center and the piston 17 is in the position indicated by 31 that is to say that the crank 19 is moved 45 from the top dead center position.
In this position, the volume of the chamber 1.0 'has reached its minimum value and is about to start to increase; the volume 23 has the value which corresponds - given the diameter of the part 11 of the cylinder - to the stroke performed by the piston
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17 from the upper dead center position 3 to the position indicated by 31. The lumen 29 of the distributor 28 is about to face the pipe 24, that is, it is about to put the chamber 25 in communication with the external environment, namely with the carburetor.
During the expansion phase, the shaft 15 turns 180, and the piston 12 passes from the upper dead center: to the lower dead center; the shaft 20, on the contrary, rotates 90 and the piston 17 passes from position 31 to position 33 shown in fig.9, which position precedes the lower dead center by 45.
The volume 10 'goes, during the expansion, from its minimum value to its maximum value. The volume 23 changes from the value which corresponds to position 31 to the value which corresponds to position 33 which is not yet the maximum value, because the maximum value corresponds to the lower dead center position of piston 17. During the aforementioned phase, namely during the passage of the piston 17 from position 31 to position 33 the aperture 29 ¯ of the distributor .28 effectively faces the pipe 24 and the mixture coming from the carburetor is sucked into the chamber 23 .
However, the interception of the communication between the chamber 25 and the pipe 24 by the distributor 28 only takes place when the piston 17 has reached its lower dead center, namely when the volume 23 has reached its maximum value; the suction of the mixture in the chamber 23 then continues on 45 of rotation of the shaft 20 after the end of the expansion, namely 45 of rotation of said shaft 20 during the exhaust phase which follows the expansion phase.
In fig. 9 which, as has been said, represents the end of the expansion and the beginning of the exhaust phase, the piston 12 is at lower dead center and the piston 17 in position 33 which precedes by 45 the point. lower death.
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The volume 10 'has its maximum value while the volume 23 has the value previously indicated. The lumen 29 of the distributor 28 is in the position already indicated, that is to say still opposite the pipe 24, and the chamber 23 is therefore always in communication with the carburetor.
During the exhaust phase, the shaft 15 turns 180 and the piston 12 passes from the lower dead center to the upper dead center; shaft 20 rotates 90 and piston 17 moves from position 33 to position 35 shown in fig.ll. By moving from position 33 to position 35 the piston 17 uncovers the exhaust ports 30 and as the volume 10 'is gradually reduced due to the displacement towards the upper dead center of the piston 12 the residual combustion gases are, in part, expelled through said exhaust ports.
In reality, however, the exhaust begins with a certain advance, that is to say that the slots 30 are discovered by the piston 17 before the piston 12 has reached the lower dead center, and the crank 19 at position 33; likewise, it ends with a delay (which in angular value is equal to the advance), that is to say it continues for a certain time after the piston 12 has already passed the upper dead center, and the crank 19 position 35, in order to allow the scavenging of the exhaust gases from -La cham, bre 10 '.
In the exhaust phase, during the passage of the crank 19 from position 33 to the position of lower dead center, the volume .23 continues to increase and to suck the mixture from the carburetor, the light 29 from the distributor 28 still facing pipe 24; on the contrary, during the passage of the crank 19 from the position of lower dead center to the position 35, the distributor 28 intercepts the communication with the pipe 24; andas the piston 17 moves towards the upper dead center, the mixture is slightly compressed in volume 2.3 as well as in line 26 and in chamber 25.
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Fig. 10 shows the particular position .. during the exhaust phase, in which the suction of the mixture in the chamber 23 ends and the compression of the mixture in said chamber 23 and in the pipe 26 and in the chamber begins. 25. In the position of said fig.3 the piston 17 is at lower dead center and the volume 23 has reached its maximum value. The piston 12 has already moved from the lower dead center to the upper dead center, for a rotation of 90 of its crank, thus having carried out half of the exhaust phase.
The light 29 of the distributor 28 intercepts from this moment the communication between the chamber 25 and the pipe 24 which goes to the carburetor, so that the mixture compressed in the chamber 23 remains in the pipe 26 and in the chamber 25, waiting for 'be transferred to chamber 10' and does not return to the carburetor.
During the passage from the position of FIG. 10 to that of FIG. II., Which represents the beginning of the intake and sweeping phase., The piston 12 reaches the upper dead center and ends the exhaust phase, the crank 19 goes from the lower dead center to the position 35 and the volume 23 is reduced while the mixture which is contained therein remains compressed there, expected that during this period of time the chamber 25 is isolated, the port 29 of the distributor 28 no longer facing either the pipe 24 or the pipe 27.
Fig. 11 shows - as has been said - the beginning of the intake and sweeping phase, in this position the piston 12 is in upper dead center and the piston 17 in position b5; the volume 10 'has an intermediate value between the maximum at the end of the expansion, and the minimum at the end of the compression; and consequently as the chamber 10 'has not taken again, at the end of the exhaust, the same volume that it had at the end of the compression, residual gases are still found in said chamber
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and are expelled by the sweep.
The volume 25 has a value identical to that which it had in position 33 of the crank 19 and consequently, as has been said, the mixture is slightly compressed in the chamber.
23, in the pipe 26 and in the chamber 25. The lumen 29 of the distributor 28 is about to face the pipe 27 which puts the chamber 10 'in communication with the chamber 25 and then with the chamber 25.
During the intake phase, the shaft 15 turns 1800 and the piston 12 goes from the upper dead center to the lower dead center; shaft 20 turns 90 and piston 17 moves from position
35 to position 36 shown in fig.l2. The lumen 29 of the distributor 28 faces the pipe 27 and the chamber 23 is therefore in communication with the chamber 10 '; since during the passage of the crank 17 from position 35 to position 31 the volume 23 is gradually reduced as a result of the displacement of the piston 17 towards the upper dead center, the already slightly compressed mixture is transferred from the chamber 23 into the chamber of combustion and relaxation 10 '.
From position 35 and during a first interval of the intake phase (which interval must be established practically in angular value) the exhaust ports 30 remain, as already said, uncovered; so that the mixture from chamber 23 enters chamber 10 'of line 27 and expels residual combustion gases from chamber 10'.
In fact, the slots 30 are located in the chamber 10 'at a point diametrically opposite to that where. is the orifice of line 27; for this reason if the mixture tends to fill the chamber 10 'it tends to replace the exhaust gases which are expelled and expelled through said ports 30.
Substitution, for the residual gases, of the mixture coming 7 from the chamber 23 then takes place because when the piston 17 leaves.
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position 35 piston 12 leaves the upper dead center position, which is why the linear displacements of the piston 17 are greater than the linear displacements of the piston 12, and therefore the volume of mixture expelled from the chamber 23 does not find of proportional increase in volume in the chamber 10 ′ must tend to replace the residual gezes therein.
Practically still, in order to cause to a greater extent the sweeping of the exhaust gases from the chamber 10 ', the beginning of the admission of the mixture into said chamber may be in advance with respect to the upper dead center position of the piston 12. so that for a first short time interval there is no increase in chamber 10 '.
At the end of the intake phase - see fig. 12 - and at the start of the compression phase, piston 12 is at lower dead center and piston 17 occupies position 36.
The volume 10 'takes an intermediate value between the maximum value at the end of the expansion and the minimum value at the end of the compression, as was said above for the first case, the volume in which the gases of the combustion must be much greater than the volume occupied by the mixture admitted into the cylinder, in order to be able to recover a large part of the heat lost during the exhaust by means of a prolonged expansion with regard to the normal engine.
As seen from fig.12, the distributor 28 began precisely then to intercept the communication between the chamber 10 'and the chamber 23 the light 29 no longer making fa.ce to the pipe 27; on the other hand, the volume 23 has not yet reached its minimum value, which obviously corresponds not to the position 36 of the piston 17 but to the upper dead center position.
The mixture remaining in chamber 23 in line 26 and in chamber 25 then undergoes slight compression for? the passage of piston 17 from position 56 to the point position
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upper dead center, while absorbing a work that it restores later by relaxing when the piston 17 passes, still during the compression phase, from the upper dead center position to position 51, which is symmetrical relative to that indicated by 36 .
In reality, however, the admission phase will end with a certain delay. (which, in angular value, must be defined experimentally) from the position considered, while taking into account the fact that when the piston 17 leaves position 36 and the piston 12 leaves the lower dead center position, during a first short interval of time the volume 23 is gradually reduced significantly and more rapidly than the volume 10 ', the linear displacements of the piston 12 being much smaller when the rotations of the crank take place near the neutral point and cannot , therefore, compensate for the difference between the diameters of the two parts of the piston 17.
In addition, as is known, the mixture tends to penetrate further into the cylinder by the effect of the inertia also acquired when the suction volume does not increase subsequently. For this reason, in practice, the lumen 29 of the distributor 28 will still fa- ce the pipe 27 for a short duration of the compression phase, and the interception of the communication between the chamber 10 'and the chamber 23 will take place in. a position slightly displaced in the direction of movement with respect to the lower dead center position of the pole 12 and to the position 36 of the pole 17.
During the compression phase, the shaft 15 turns 150 and the piston 12 passes from the lower dead center to the upper dead center; the shaft 20 turns, on the contrary, 90 and the piston 17 goes from position 36 to symmetrical position 31.
The volume 10 ′ is reduced from the value ou -il had acquired at the end of the admission phase to its minimum value, the fact being to note that the ratio between these two values or volume 10 ′ defines the-
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-volumetric compression ratio of the engine.
The volume 26 is reduced initially, and increases in a second time, as we have already seen.
During the compression phase the chamber 25 remains isolated either from the chamber 10 'or from the chamber 23 except for the delay, which can be determined experimentally, at the end of the andrission, which it has. already been question.
The chamber 10 'must obviously be isolated so that the mixture is compressed there.
During the compression phase, therefore, the light 29 of the distributor 28 does not face either the pipe 27 or the pipe 24.
At the end of the compression phase, and consequently at the beginning of the expansion phase, the engine returns to the position of fig.8.
In general it can still be said, as it was already done on the subject of figs. 1 to 7, that while with the arrangement described the realization of the explosion cycle is possible as well as that of the combined cycle, if the diesel cycle with gradual compression is to be carried out in the engine, it will suffice to replace the spark plug ignition 22 a fuel injector.
Finally, it can be noted that in the event of supercharging of the engine by means of a rotary compressor, either positive-displacement or centrifugal, it would be possible, by completely or partially renouncing the benefit of prolonged expansion, to obtain from the engine a very high maximum power in introducing - for example - into the cylinder a load of a volume equal to and even greater than the total displacement of the expansion volume, so as to no longer have an economy operation (having renounced the recovery of heat dispersed at discharge) but maximum power operation which might be necessary for special applications or for aircraft engines for high and very high altitude flights.
In this case,
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by suitably oversizing the piston 17, the part of which has the largest diameter constitutes the reciprocating compressor, the engine could restore its power up to a certain altitude by means of this alone, the rotary compressor then being used in series with the alternative in order to raise the altitude of the recovery of maximum power to a much higher level.
For aeronautical applications the engine could be constructed with double cylinders, located in line, as is shown schematically and clearly in fig. 14, so as to have a very small frontal bulk and to lend itself to being possibly housed inside the wing of the aircraft.
In fig. 13 is shown schematically a cross section of a complete engine as has been described with reference to Figs. 8 to 12 inclusive; from the said figure it is seen how the various components can be arranged, especially as regards the positive connection between the two drive shafts and as regards the distribution, in particular with regard to the communications between the chamber 25 of the distribution, the mixture suction chamber 23 and the combustion and expansion chamber 10 '.
It is understood that the distribution could also be carried out by means of an ordinary system of plate valves or the like, controlled as usual by means of an eccentric shaft.
On the diagram of fig. 15, E indicates the relaxation phase between positions 31 and 33 of the handle button, S the exhaust phase between positions 33 and 35, A the suction phase between positions 35 and 36 and C the compression phase between points 36 and 31 of the crank button.
In fig. 16 we see that A indicates the suction phase which goes from point 37 (upper dead center) to point 38 (dead center
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lower), C indicates the compression phase which goes from point 38 (lower dead center) to point 37 (upper dead center), E the expansion phase which goes from upper dead center 37 to lower dead center 38, and S the phase exhaust from lower dead center 38 to upper dead center 37.
In fig. 17, A indicates the suction phase in chamber 23, which goes from position 31 to position 34 of the crank knob, C the compression phase in chamber 23 which goes from point 34 (lower dead center) to point 35, and I the phase of admission into chamber 10 ', which phase goes from point 35 to point 36.
Figs. 18 to 21 show an example of a motor established according to the same concepts explained above, but in which the timing of the two drive shafts is such that when the crank of the shaft which turns at higher speed is in neutral. , the crank which turns at a slower speed is 90 from neutral. This allows that during operation the pistons 40, 41 perform the expulsion of the exhaust gases, since the said pistons, at the end of the exhaust are (fig. 18) at the same distance as at the end of the exhaust. compression (fig. 20). In other words, the space between these two pistons at the end of the exhaust (fig. 18) has a volume corresponding exactly to that existing at the end of the compression. (fig. 20).
Intake and exhaust valves 42 and 43, suitably and synchronously actuated by conventional cams, serve for the admission of the mixture and the expulsion of the burnt gases, with phases substantially similar to those already described in connection. figs. 1 to 4. Only, in the present example, the cranks 39 are displaced by 45 relative to what is shown by said figs. 1 to 4. Because of this and because the exhaust is at mid-height of the cylinder, it is possible to practically and completely expel the burnt gases without
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having to perform chamber sweeping using forced feed.
Figs. 22 and 23 show schematically the 4 phases that the pistons execute on a single revolution of the motor shaft 44 and on two revolutions of the shaft 44 '. In these figures the suction phase is indicated by 45, the compression by 46, the detent by 47, and the exhaust by 48, the lower and upper dead centers being indicated by 49 and 50.
It is understood that the drawings are given only by way of schematic examples and that the invention can be explained in a manner different from that which has been indicated. For example, the cylinder could be in two parts arranged in a V and communicating with each other, with a single explosion chamber located at the angle of V.
This engine could be built rather than with bent shafts, with other means achieving the same goal, such as, for example, oscillating plate systems, always weighed so that one of the plates has an oscillation equal to the half that of the other.
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