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Perfectionnements aux moteurs à combustion interne.
Cette invention se rapporte aux moteurs à combustion interne et plus particulièrement aux collecteurs d'échappement et d'admission de ces moteurs, spécialement ceux fonctionnant à deux temps, par exemple avec suralimentation, et dont les gaz sont utilisés pour propulser une turbine, les conditions en marche étant telles que, contrairement aux moteurs ordinaires, il y a une augmentation notable de pression dans le collecteur d'ad- mission d'air et dans le collecteur d'échappement des gaz, res-
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Dans ces cas la pression moyenne dans le système d'échappement est sensiblement supérieure à la pression atmosphé- rique et le problème des fuites devient sérieux. Dans le cas d'un moteur à deux temps employé comme étage de haute pression d'une turbine compound, la pression moyenne dans le système
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d'échappement peut atteindre 5 à 6 atmosphères absolues et plus dans certains cas. En outre, dans le cas de réimporte quel moteur à deux temps, la. pression dans le système d'admission dépasse la pression dans le système d'échappement, d'une quantité égale à la chute de pression dans le cylindre.
Il est extrêmement difficile par suite de la haute pression maintenue dans le système d'échappement, d'empêcher des fuites de gaz d'échappement vers la chambre du moteur, et cette difficulté est augmentée par la haute temperature des gaz d'échappement et par conséquent du collecteur, ce qui né- cessite l'emploi de plusieurs joints de dilatation, de préférence un joint à chaque raccord de cylindre.
Toujours dans le cas où un moteur à combustion interne est employé comme élément de haute pression dans un système com- pound, une certaine ajoute d'air de dilution, habituellement 20% à 25%, est nécessaire pour ramener la température d'échappement à un chiffre acceptable pour la turbine, Cette ajoute d'air de dilution peut se faire en courteireuitant le cylindre et en laissant fuir' une petite proportion de l'air de refoulement directement dans le collecteur d'échappement.
Selon la présente invention, le conduit à travers le- quel passont les gaz d'échappement après qu'ils ont quitté les cylindres du moteur à combustion interne, est entouré d'un es- pace rempli d'air servantà suralimenter les cylindres du moteur.
L'espace autour du conduit ou collecteur de gaz déchappement peut être une enveloppe qui communique avec l'admission d'air des cylindres. Le conduit de gaz d'échappement peut passer à travers un compartiment séparé par une cloison du passage dans lequel le courant principal d'air sous haute pression passe vers les cylindres, cette cloison présentant une ou plusieurs ouvertures afin de permettre que le compartiment se remplisse de cet air. Cet aménagement s'applique plus spécialement à un moteur
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à deux temps avec suralimentation et dont les gaz d'échappement sont utilisés pour entraîner une turbine.
Ces gaz d'échappement se rendront alors sous haute pression à la turbine, maisl'air qui sert à suralimenter les cylindres leur parviendra sous une plus haute pression et est ainsi employé pour remplir l'envelmppe ou compartiment qu'on a prévu autour du conduit ou du collecteur des gaz d'échappement. On peut permettre à une partie de cet air sous haute pression d'entrer dans le collecteur d'échappement pour diluer les gaz d'échappement qui se dirigent vers la turbiné.
Dans un tel moteur on prévoit généralement un ou plusieurs joints de dilatation dans le conduit des gaz d'échappement et on les situe aux endroits qui sont remplis de l'air sous haute pression.
-Etant donné que la pression moyenne de l'air se trouvant dans le collecteur d'admission de l'air, dépasse la pression de l'échappement, toute fuite qui peut se présenter aux joints d'échappement sera une fuite d'air vers le conduit d'échappement, ce qui n'est pas indésirable. Pour cette raison il devient super- flu de recourir à des moyens compliqués pour sceller les joints de dilatation qui peuvent dès lors être de simples emboîtements sans joints à garniture ou à soufflet.
A titre d'exemple, les dessins annexés montrent une construction conforme à l'invention. Dans ces dessins :
Fig. 1 est une élévation en coupe verticale du cylindre d'un moteur à combustion interne qui comprend les présents perfec- tionnements,
Fig. 2 est une coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la Fig. l, dans la direction des flèches.
' La paroi du cylindre A présente des lumières B à travers lesquelles les gaz d'échappement peuvent se diriger vers les deux collecteurs d'échappement similaires C. L'air de surali- mentation entre des collecteurs E dans le cylindre à travers des lumières D de ce dernier. Les lumières B et D peuvent être @
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commandées par le piston du cylindre. Autour de chaque collecteur d'échappement C se trouve un espace d'air F qui est séparé par une cloison du collecteur d'admission d'air E, mais l'air qui estsous haute pression dans le collecteur E, peut entrer dans l'espace F' à travers une ou plusieurs ouvertures G1 dans la cloison G.
Le collecteur d'échappement'0 est donc entouré dans l'espaceF' par de l'air qui se trouvesous une plus haute pression que les gaz qui passent dans le collecteur d'échappement.
Vu la température relativement élevée de l'air edmis qui passe à travers le collecteur E etvientdu surpresseur, il n'est pas désirable, pour des raisons purement mécaniques, d'élever encore davantage la température de cet air. On comprend dès lors le rôle joué par la cloison G qui, tout en permettant que le col- lecteur d'échappement C soit entouré d'air sous haute pression dans l'espace F, réduit le transfert de chaleur du collecteur d'échappement C à l'air qui passe par le collecteur E dans le cylindre à travers les lumières D.
La cloison joue le rôle d'écran pour la paroi du collecteur d'échappement C, etempêche l'air qui passe par l'admission E de venir directement ou trop facilement en contact avec la paroi du collecteur d'échappement C, réduisant ainsi le transfert de chaleur des gaz d'échappement. La cloison G, par suite de l'ouverture ou des ouvertures G1 qu'elle présente, ne coupe pas l'espace F de l'air qui se trouve dans lepassage d'admission E mais elle agit plutôt comme déflec- teur de chaleur.
Au lieu de presenterune ou plusieurs ouvertures G1, la cloison G peut être formee ou aménagée de façon qu'une partie de l'air qui passe par l'admission E puisse passer du côté de la cloison dui se trouve près du collecteur d'échappement C, rendant ainsi possible l'équilibrage des pressions de part et d'autre de la cloison. DE plus, dans l'espace F, doit se trouver de l'air sous la plus haute pression, afin qu'une partie de cet @
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air puisse passer dans le collecteur d'échappement par les fuites des joints ou à travers des trous ou passages prévus pour admettre de l'air de dilution dans les gaz d'echappement.
Ceci peut être commode lorsque ces gaz sont utilisés pour agir sur une turbine. Cependant, la masse principale de l'air allant au'cylindre A passera du côté .de la cloison G qui se trouve le plus éloigné du conduit des gaz d'échappement±.
Le collecteur de gaz d'échappement C peut être li- brement articulé sur des joints de dilatation tels que C, visibles sur la fig. 2 et,son extrémité peut passer à l'extérieur à travers l'extrémité fermée F - de l'enveloppe F.
REVENDICATIONS ---------------------------- 1.- Moteur à combustion interne, caractérisé en ce que le conduit à travers lequel les gaz d'échappement passent après avoir quitté le moteur, est entouré d'un espace rempli d'air qui est amené aux cylindres du moteur pour les suralimenter.
2.- Moteur à combustion interne, caractérisé en ce que le conduit à.travers lequel les gaz d'échappement passent après avoir quitté les cylindres, est muni d'une enveloppe qui communique avec le passage par lequel l'air servant à suralimenter les cylindres se rend au moteur, cet air se trouvant sous une pression plus élevée que les gaz d'échappement dans ce conduit.
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Improvements to internal combustion engines.
This invention relates to internal combustion engines and more particularly to the exhaust and intake manifolds of these engines, especially those operating in two strokes, for example with supercharging, and whose gases are used to propel a turbine, the conditions in operation being such that, unlike ordinary engines, there is a noticeable increase in pressure in the air intake manifold and in the exhaust gas manifold, res-
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In these cases the average pressure in the exhaust system is significantly higher than the atmospheric pressure and the problem of leaks becomes serious. In the case of a two-stroke engine used as the high pressure stage of a compound turbine, the average pressure in the system
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exhaust can reach 5 to 6 absolute atmospheres and more in some cases. Furthermore, in the case of any two-stroke engine, the. Pressure in the intake system exceeds the pressure in the exhaust system, by an amount equal to the pressure drop across the cylinder.
It is extremely difficult due to the high pressure maintained in the exhaust system to prevent exhaust gas leakage to the engine chamber, and this difficulty is increased by the high temperature of the exhaust gas and by of the manifold, which necessitates the use of several expansion joints, preferably one at each cylinder connection.
Also in the case where an internal combustion engine is employed as a high pressure element in a com- pound system, some addition of dilution air, usually 20% to 25%, is necessary to bring the exhaust temperature to. an acceptable figure for the turbine. This addition of dilution air can be accomplished by shorting the cylinder and letting a small proportion of the discharge air escape directly into the exhaust manifold.
According to the present invention, the duct through which the exhaust gases pass after they have left the cylinders of the internal combustion engine, is surrounded by a space filled with air serving to supercharge the cylinders of the engine. .
The space around the exhaust gas duct or manifold may be an envelope which communicates with the air intake of the cylinders. The exhaust gas duct may pass through a compartment separated by a partition from the passage in which the main stream of high pressure air passes to the cylinders, this partition having one or more openings in order to allow the compartment to fill. of that air. This arrangement applies more specifically to an engine
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two-stroke with supercharging and whose exhaust gases are used to drive a turbine.
These exhaust gases will then go under high pressure to the turbine, but the air which is used to supercharge the cylinders will reach them under a higher pressure and is thus used to fill the envelope or compartment that has been provided around the duct. or the exhaust manifold. A portion of this high pressure air can be allowed to enter the exhaust manifold to dilute the exhaust gases which flow towards the turbine.
In such an engine, one or more expansion joints are generally provided in the exhaust gas duct and they are located at the places which are filled with air under high pressure.
-As the average air pressure in the air intake manifold exceeds the exhaust pressure, any leak that may occur at the exhaust gaskets will be an air leak to the exhaust duct, which is not undesirable. For this reason it becomes superfluous to resort to complicated means to seal the expansion joints which can therefore be simple sockets without gasket or bellows joints.
By way of example, the accompanying drawings show a construction according to the invention. In these drawings:
Fig. 1 is a vertical sectional elevation of the cylinder of an internal combustion engine which incorporates the present improvements,
Fig. 2 is a cross section taken on line 2-2 of FIG. l, in the direction of the arrows.
'The wall of cylinder A has ports B through which the exhaust gases can flow to the two similar exhaust manifolds C. The charge air enters manifolds E in the cylinder through openings D of the last. Lights B and D can be @
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controlled by the cylinder piston. Around each exhaust manifold C is an air space F which is separated by a bulkhead from the air intake manifold E, but the air which is under high pressure in the manifold E, can enter the space F 'through one or more openings G1 in the partition G.
The exhaust manifold '0 is therefore surrounded in space F' by air which is under a higher pressure than the gases which pass through the exhaust manifold.
In view of the relatively high temperature of the edmis air which passes through the manifold E and comes from the booster, it is not desirable, for purely mechanical reasons, to raise the temperature of this air even further. We therefore understand the role played by the partition G which, while allowing the exhaust manifold C to be surrounded by high pressure air in space F, reduces the heat transfer from the exhaust manifold C to the air which passes through the manifold E into the cylinder through the ports D.
The bulkhead acts as a screen for the wall of the exhaust manifold C, and prevents the air passing through the intake E from coming directly or too easily into contact with the wall of the exhaust manifold C, thereby reducing the heat transfer from exhaust gases. The partition G, due to the opening or openings G1 that it presents, does not cut off the space F from the air which is in the intake passage E, but rather acts as a heat deflector.
Instead of having one or more openings G1, the bulkhead G can be shaped or arranged so that part of the air which passes through the intake E can pass from the side of the bulkhead which is near the exhaust manifold. C, thus making it possible to balance the pressures on either side of the partition. DE moreover, in space F, there must be air under the highest pressure, so that part of this @
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air can pass into the exhaust manifold through leaking gaskets or through holes or passages designed to admit dilution air into the exhaust gases.
This can be convenient when these gases are used to act on a turbine. However, the main mass of air going to cylinder A will pass through the side of bulkhead G which is furthest from the exhaust gas duct ±.
The exhaust gas manifold C can be freely articulated on expansion joints such as C, visible in fig. 2 and, its end can pass outside through the closed end F - of the envelope F.
CLAIMS ---------------------------- 1.- Internal combustion engine, characterized in that the duct through which the gases exhaust pass after leaving the engine, is surrounded by a space filled with air which is brought to the cylinders of the engine to supercharge them.
2.- Internal combustion engine, characterized in that the duct through which the exhaust gases pass after leaving the cylinders, is provided with a casing which communicates with the passage through which the air serving to supercharge the cylinders. cylinders go to the engine, this air being under a higher pressure than the exhaust gases in this duct.
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