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MODE DE TRAVAIL ET DISPOSITIFS POUR!L'EXPLOITATION DE MOTEURS A COMBUSTION.
La présente invention est relative à un procédé ou mode de travail et à des dispositifs pour l'exploitation de moteurs à combustion travaillant à quatre temps ou à deux temps et refroidis par eau ou par air, peu importe qu'ils soient entraînés par un mélange d'air et de gaz combustible qui est amené aux cylindres de l'extérieur ("moteur Otto"), ou qu'ils travaillent suivant le cycle Diesel.
Le dessin représente à titre d'exemple plusieurs formes de réalisation de l'invention.
- figures 1 et 2 représentent chacune, en coupe axiale, un mo- teur à combustion monocylindrique qui travaille suivant le cycle à 2 temps; - figures 3, 4, 5 et 6 représentent un moteur à combustion à quatre temps travaillant d'après le principe Otto, en quatre positions de travail caractéristiques ; - figure 7 représente un détail; - figure 8 montre en coupe axiale un moteur à combustion tra- vaillant suivant le cycle à deux temps,!) qui est équipé d'un réservoir à eau à position basse et d'un injecteur.
- figure 9 montre également en coupe t axiale le même moteur équipé de réservoirs pour récupérer l'eau de l'air; - figure 10 montre à titre d'exemple un tel réservoir, en cou- pe axiale; - figure 11 montre un détail;
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- figures 12, 13, 14 et 15 montrent un moteur à combustion mo- nocylindrique travaillant à quatre temps, en quatre positions de travail caractéristiques; - figures 16 et 17 montrent, vue de dessus et en coupe axiale, une soupape incorporée au fond des pistons.
Sur la figure 1, 1 représente le carter des manivelles, 2 le cylindre d'un moteur à combustion, qui est équipé d'un double piston 3, 4 et d'une bougie d'allumage 5. 8 désigne le chemin en ou enveloppe de refroidissement du cylindre garnie d'eau, qui se raccorde vers le haut au réservoir 9, le fond 10 de celui-ci étant perforé à la manière d'un tamis.
La chemise de refroidissement 8 est alimentée par le tuyau 15 en eau provenant du réservoir de réserve 16. Un flotteur 17 règle de maniè- re connue le niveau d'eau a-b dans le réservoir 9 et engendre sur le fond 10 des bruits de cognement sous l'influence des ébranlements du moteur, lorsque le niveau d'eau est trop bas. La chambre d'accumulation de vapeur 18 du réservoir 9 est relié au réservoir de réserve 16 par la canalisation 19 qui peut être fermée et est pourvue d'une soupape R réglant la pression dans le réservoir 9.
20 est un surchauffeur qui est traversé par les gaz d'échappe- ment passant par la fente d'échappement 21 commandée par le piston 3, et par le tuyau 22. Il sèche et surchauffe la vapeur d'eau humide, qui est amenée de la chambre collectrice 18 dans le serpentin 24, par le tuyau 23. La vapeur surchauffée s'écoule par la canalisation 25, la soupape de réglage et de retenue 26,le canal d'admission 27 et la fente 28 comman- dée par le piston 4, jusque dans le cylindre. Par 30 on a désigné la man- che par laquelle, lors de la course ascensionnelle du piston 3, du mélange combustible est aspiré dans le carter de manivelle 1, provenant du carbu- rateur (non représenté) en passant par la fente 31 commandée par le pis- ton 3.
La quantité d'eau du système de refroidissement est relative- ment petite, afin que l'eau, après le début de la marche, prenne rapidement la température (par exo 111 ) correspondant à la pression de vapeur dési- rée (par exemple 0,5 Kg/cm2 de surpression).
Au surchauffeur peut être associé un thermostat, qui règle, en fonction de la température des gaz d'échappement, la quantité de vapeur s'écoulant vers le surchauffeur et qui,, à l'arrêt du moteur, forme l'ad- mission de vapeur.
La machine travaille comme suit
Lors du mouvement ascensionnel du piston jumelé, du mélange combustible est aspiré par la manche 30 et la fente 31, dans le carter de manivelles 1,qui est chargé jusqu'aux trois quarts de sa hauteur,tandis que le quart supérieur et le canal 27 sont remplis de vapeur surchauffée (vapeur à haute température).
Lors du mouvement de descente du piston jumelé, le piston 4 ou- vre d'abord la fente 28. De la vapeur surchauffée s'écoule sous l'influen- ce de la surpression dans le cylindre, chasse sans restes les gaz d'échap- pement et est elle-même comprimée en partie dans la conduite d'échappement des gaz. L'espace de cylindre est surchargé (c'est-à-dire, chargé avec surpression) de mélange frais.
Aux gaz frais qui s'écoulent ensuite est encore mélangée de la vapeur surchauffée finement divisée en quantité croissante vers la fin de l'admissiono La vapeur surchauffée remplit en majeure partie l'espace de cylindre de gauche,et les gaz frais bien mé- langés à une petite quantité de vapeur remplissant surtout l'espace de
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droite, supérieur., du cylindre, pourvu du dispositif d'allumage 5 La va- peur surchauffée forme ainsi un manteau, dont la couche intérieure se mé- lange aux gaz frais et par sa coopération à la combustion, aplatit la pointe de pression, tandis que la couche extérieure protège de la chaleur de combustion les surfaces métalliques du cylindre et du piston.
La vapeur surchauffée est encore surchauffée en traversant l'espace du cylindre chaud de la période de combustion précédente, et par contact avec les gaz brûlés chauds ainsi que par la compression'croissan- te.. L'hydrocarbure finement divisé dans gaz frais n'amorce que lentement la décomposition de la vapeur d'eau en hydrogène et oxygène, la forte con- sommation de chaleur de ce processus empêchant l'auto-allumage et aplatis- sant la pointe de pression de la combustion des gaz frais. Ce n'est que la forte élévation de température qui conduit à une subite formation de gaz tonnant, qui est brûlé aussi et qui élève la pression moyenne au pis- ton. L'élévation du rendement par le nouveau mode de travail s'élève à environ 15 %, l'économie de combustible à environ 50 %.
Les moteurs à combustion déjà existants peuvent être aussi transformés pour le nouveau mode de travail.
Dans la machine à combustion, refroidie à l'air, suivant la figure 2, la vapeur d'eau est engendrée dans un serpentin de chauffage 50, qui est constitué de tubes plats montés entre les nervures de refroidisse- ment 51. Elle mène de l'eau venant du fond du réservoir 9 rempli d'eau jusqu'au borde au point le plus bas du système à nervures de refroidisse- ment 51a, monte dans les spires et débouche dans la chambre de vapeur 18 du réservoir 9. Le surchauffeur consiste à nouveau en un serpentin 53 enroulé autour du tube d'échappement 52, serpentin dans lequel s'écoule, en sens contraire de celui de l'écoulement des gaz d'échappement, la va- peur d'eau fournie par le réservoir 9.
Dans le moteur Otto, travaillant à quatre temps, suivant les figures 3 à 7, le dispositif pour la production de vapeur surchauffée est le même que dans le moteur à 2 temps suivant la figure 1 et n'est par con- séquent pas représenté sur la figure.
Figure 3 montre la position du piston 60 à la fin de sa course de travail. La soupape d'échappement 63 agencée dans la tête 61 du cylin- dre 62 est déjà ouverte. Par les canaux 64 inclinés sur l'axe du cylindre et dirigés.. suivant la figure 7, tangentiellement au cercle d'alésage, la vapeur surchauffée s'écoule avec surpression (par exemple 0,5 atmo) du surchauffeur dans le cylindre et forme au-dessus du fond concave 65 du piston une couche de vapeur dont le volume est déterminé par la pression de la vapeur surchauffée., la section des canaux d'entrée 64 et le temps d'entrée en fonction du nombre de tours du moteur.
Dans la course ascensionnelle (temps d'échappement) le piston ferme les canaux 64 et déplace les gaz brûlés dans le surchauffeur par la soupape d'évacuation 63 ouverte à présent.
La vapeur surchauffée au-dessus du piston subit, par le con- tact avec les gaz de combustion chauds, un échauffement supplémentaire avantageux. Elle se détend, chasse, alors sans en laisser, les gaz hors du cylindre,et est en partie comprimée elle-même dans la conduite des gaz d'échappement (Figure 4)
Dans le temps d'aspiration qui fait suite (figure 5) la soupape d'évacuation 63 se ferme, la soupape d'admission 68 s'ouvre. Le piston aspire, dans sa course vers le bas, des gaz frais, Sous l'effet des gaz frais froids, le volume de la vapeur d'eau surchauffée diminue et la dé- pression croit dans la conduite d'aspiration. A proximité du point mort inférieur, le piston 60 libère à nouveau les canaux 64.
De la vapeur à
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haute température s'écoule à nouveau avec surpression (par exemple 0,5 atm.) dans le cylindre (remplissage environ 0,8). La surcharge du cylindre (par exemple 1,2 atm.) dépend de la pression établie pour la vapeur surchauffée.
Le remplissage comprend maintenant dans la partie supérieure du cylindre près du dispositif d'allumage, du gaz frais pur, au milieu des gaz frais avec environ 20 % de vapeur surchauffée finement mélangée, et dans la par- tie inférieure, au-dessus du fond du piston., de la vapeur d'eau surchauffée qui transmet son mouvement circulaire rapide aux couches de gaz qui la sur- montent et accélère leur allumage en masse
Figure 6 montre la position du piston peu après l'allumage par la bougie d'allumage 69 à l'instant de la plus forte pression. Pour un rapport de compression de 1:5 la compression ne se fait pas comme jusqu'à présent à 0,8 x 5 = 4 atm. mais à 1,2 x 5 = 6 atm. Cela donne pour un combustible normal une augmentation de rendement d'environ 20 % et une économie de combustible d'environ 30 %.
Mais comme la vapeur d'eau sur- chauffée est décomposée au moins en partie par la compression augmentée et par la chaleur de combustion augmentée et brûlée avec le gaz moteur, l'économie en combustible s'élève jusqu'à environ 50 %.
Sans quitter le cadre de l'invention, au lieu de produire.la vapeur saturée dans la chemise, on peut la produire dans un vaporiseur spécial, que chauffent les gaz d'échappement, après qu'ils se sont écou- lés à travers le surchauffeur. Pour cela la capacité calorifique des gaz 'brûlés suffit dans beaucoup de cas, même pour les moteurs Diesel à 2 temps,, car le balayage à l'air est supprimé et les gaz brûlés, par suite de leur teneur en vapeur surchauffée,, ont un meilleur rendement thermique.
Figure 8 montre un moteur à deux temps du même mode de con- struction que celui de la figure la Le"réservoir de réserve d'eau froide 74 est placé bas et n'a pas de surpression. Le dôme de vapeur 75 est mon- té directement sur la chemise à eau de refroidissement 76 et fournit de la vapeur saturée, par la canalisation 77, au serpentin 78 qui est incor- poré un surchauffeur 79 parcouru par les gaz brûlés, lequel serpentin amène de la vapeur à haute température au canal d'admission 81, par la conduite 80.
Au dôme de vapeur 75 en bas est raccordée la conduite 85 qui alimente l'injecteur 86, qui est raccordé par la conduite d'aspiration 87 au réservoir 74 et par la conduite sous pression 88 à la partie inférieure de la chemise de refroidissement 76.
Si en cours de marche le niveau de l'eau de refroidissement tombe par suite de l'utilisation en dessous du point d'entrée du tuyau 85 dans le dôme 75, la vapeur saturée s'écoule par la conduite 85 dans l'in- jecteur 86, qui aspire de l'eau par la conduite 87 hors du réservoir 74 et la comprime par la canalisation 88 dans la chemise d'eau de refroidis- sement 76. L'eau qui tombe alors dans l'enveloppe de l'injecteur est ra- menée par le tuyau 90 au réservoir 74.
La vapeur d'eau surchauffée en excès est conduite par la cana- lisation 92 pourvue d'une soupape de sûreté 91, dans le réservoir 74 et y est condensée.
Figure 9 montre un moteur avec trois réservoirs pouvant être chauffés 93, 94, 95, qui sont remplis d'un corps hygroscopique, en grains et régénérable (chlorure de calcium, gel de silice ou analogue). Un tel réservoir (figure 10) qui est agencé dans les moteurs de véhicules avec 1 " axe dans la direction de la marche, (flèche p), à une chemise 96 qui est équipée des deux cotés d'un fond en entonnoir approfondi 97 et 98 et pourvu d'un garnissage hygroscopique. Les deux fonds ont des ouvertures centrales auxquelles sont associées des plateaux de soupapes 100 et 101
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montés sur une broche commune 99.
Le- ressort de fermeture commun 102 ap- puyé à 1-'extrémité de gauche contre le plateau 103 de la broche 99 agit contre la face inférieure du plateau de soupape 1010 On a désigné par 104. un tuyau de chauffage par exemple un tuyau d'échappement du moteur., conduit à travers le réservoir.
L'ouverture des deux soupapes est faite par la tringlerie 105, qui est accouplée à un organe de fermeture 106 du tuyau de chauffage 104 de telle manière qu'à la fermeture des deux soupapes du fond, l'organe de fermeture 106 de la conduite d'échappement est ouvert positivement,et in- versement. Le remplissage ou charge F reprend jusquà la saturation de l'eau venant de l'air qui passe par les soupapes du fond ouvertes.
Lors de la mise en marche du moteur., les réservoirs sont char- gés tous les trois. Dans l'un des trois réservoirs, par exemple 93, les soupapes de fond sont fermées et par suite la soupape 106 du serpentin de chauffage est ouverte. Du réservoir 93 de la vapeur saturée s'écoule par' la canalisation 109 pourvus d'une soupape de réglage 108 (soupape de re- tenue) et par la canalisation collectrice 110 dans le surchauffeur 79, qui l'amène au moteur comme vapeur surchauffée par la conduite 80 et le-canal 81.
Dans la conduite 110, un manomètre indique par la chute de la pres- sion que chaque fois le réservoir chauffé est épuisé (ils peuvent dans le cas d'avions et d'autres véhicules surtout dans le désert, alimenter ceux- ci en eau de consommation aussi -et doit'être soumis au remplissage, tandis que le deuxième réservoir chargé est mis au chauffage et à la fourniture de vapeur Lorsque le moteur ne fonctionne pas ou tourne à vide, tous les réservoirs sont mis au remplissage en eau, pour pouvoir fournir beaucoup de vapeur aux fortes charges.
De telles installations conviennent particu- lièrement pour des moteurs de véhicules refroidis à l'air et des moteurs d'aviation, car l'entraînement d'eau fait défaut et l'eau obtenue est dis- tillées
Figure 11 expose une variante du mode de travail suivant l'in- vention, d'après lequel une pompe à air à jet de vapeur à une ou plusieurs tuyères comprime,. au lieu de vapeur à haute température, de 1-l'air ou un mélange de vapeur et d'eau dans les cylindres de travail du moteur.
De la vapeur saturée ou surchauffée est amenée de l'un des ré- servoirs 93-95.(figure 9) ou au vaporisateur agencé autrement, par la con- duite 109,à la tuyère 120 d'un injecteur. La vapeur sortant de la tuyère entraîne, par l'espace annulaire que forme la manche conique 121 avec la tuyère 120, de l'air$) et le comprime dans le réservoir 122 jusqu'à par exemple 1, 2 atm. La vapeur elle-même se condenses par suite de la détente et de son contact avec l'air froide totalement ou en partie. L'eau de con- densation s'écoule par suite de la pression d'air qui dépasse la pression de vapeur, en retour dans le vaporiseur.
Au lieu d'eau on peut avantageuse- ment employer un autre fluide de plus petite chaleur de vaporisation engen- drant avec une chaleur égale plus de vapeur et d'air comprimée
De 1-'air comprimé pur ou un mélange d'air comprimé et de vapeur s'écoule alors hors du réservoir 122 par la conduite 123 et la soupape de retenue réglable 124, dans les cylindres du moteur.
Dans les moteurs à combustion travaillant à quatre temps avec allumage externe suivant les figures 12-15, on supposera une position d'étranglement qui corresponde à un remplissage en gaz frais à environ 50 %.
Figure 12 rend compte de la situation peu après que le piston 130 a dépassé le point mort inférieur et que commence la course de compression. Les gaz frais aspirés par la soupape d'admission se fermant aussitôt 131 ne peuvent remplir que la moitié de l'espace du cylindre et sont représentés suivant leur position et leur quantité, par des cercles avec des croix. Pendant la course d'aspiration le piston descendant rapidement yers le base a engendré
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directement au-dessus de son fond et au milieu de l' alésage du cylindre le plus grand videoù se précipitent les gaz frais aspirés, retardés par leur inertie.
La résistance de frottement et le rayonnement de chaleur des pa- rois chaudes du cylindre 132 et du fond de piston 133 agissent cependant en sens contraire à une approche des gaz frais aux surfaces métalliques, de sorte qu'il se produit dans l'espace du cylindre une masse de gaz frais en gouttelettes, dont la pointe va vers le milieu du fond du piston, tandis que sa largeur et sa densité augmentent vers la soupape d'admission.
Les gaz frais arrivés d'abord dans le cylindre se sont mélangés avec le vieil air dans l'espace!! nuisible et forment la couche enveloppe inférieure des gaz frais, désignés par des cercles seulso Il n'existe plus de gaz brûlés résiduels dans le cylindre après le temps d'évacuation, mais seulement de l'air chauffé qui y est resté, lequel ne nuit pas à la charge de gaz frais mais provoque par 11 excès d'air chaud une combustion complète dans l'enve- loppe extérieure de la charge de gaz frais.
Lorsque là piston 130, dans la course d'aspiration, s'est appro- chée du point mort inférieur jusqu'à 30 à 40 degrés environ d'angle de ma- nivelle, il ouvre les canaux d'admission tangentiels 125 qui sont raccordés par une canalisation non montrée à l'alésage 127 de la soupape de retenue 124 (figure Il)
Dans l'enveloppe 134 de cette soupape est installée une garni- ture cylindrique 135 qui forme avec l'enveloppe l'espace annulaire 136, qui, par le tuyau 123, est raccordé au réservoir 122.
La garniture 135 présente deux couronnes d'alésages 138 et 1390 140 désigne un tiroir à piston cy- lindrique creux ouvert d'un côté, qui est muni d'alésages 141 et d'un res- sort de rappel 142, qui par son extrémité de gauche est appuyé contre la garniture 135 et par son extrémité de droite contre le fond du tiroir 140.
Par 160 on a désigné un levier de réglage qui est monté à rotation au moyen du boulon 161 dans l'enveloppe de soupape et qui se termine par un carré 162 qui traverse un percement carré correspondant dans le fond du tiroir et qui sert comme guidage à glissement au tiroir. Par la rotation du le- vier, le tiroir tourne et la fente 141 est déplacée par rapport à la fente 138, de telle sorte que le passage de la soupape est diminué à volonté et peut aussi être complètement fermé. En position de repos, le fond du pis- ton s'appuie contre le fond du cylindre. La communication entre l'alésage 127 et le réservoir à air comprimé 122 est fermée.
Lorsque le piston du moteur 130 libère, au cours du temps d'as- piration, la fente 125, le vide dans l'alésage 127 attire le tiroir 140, avec mise sous tension du ressort 142 vers la gauche, lequel tiroir libère d'abord les alésages 139, de telle sorte que de l'air comprimé venant du réservoir 122. pénètre derrière le fond du tiroir et pousse rapidement le tiroir dans sa position terminale de gauche. De l'air comprimé s'écoule maintenant du réservoir en passant par les alésages correspondants 138-141 à grande vitesse par la fente 125, pénètre tangentiellement dans le cylin- dre du moteur et engendre une enveloppe d'air en forme de tasse.9 tournant rapidement, dont le bord s'élève le long de la paroi du cylindre par suite de la force centrifuge de l'air froid et lourd.
Cette enveloppe d'air frais enveloppe la charge de gaz frais aspirée, en bas et sur les côtés et commu- nique son mouvement de rotation aux gaz frais par suite de sa grande sur- face de contact avec ceux-ci. La rotation rapide de toute la charge produit un bon refroidissement des parties précédemment chaudes (bougies d'allumage, soup apes) ainsi aussi que des résidus de combustible.9 et évite des alluma- ges prématurés. En même temps on arrive à un allumage d'ensemble plus ra- pide du gaz combustible et à un mélange du gaz frais, plus chaud, plus lé- ger, avec le gaz plus froid et plus lourd et arrête l'air frais poussé vers l'extérieur et vers le bas.
Malgré le grand excès d'air, la masse de gaz frais aspirée, adaptée par le papillon au rendement désiré du moteur n'est pas diluée ou dégradée par des gaz résiduels ¯comme jusqu'à présent. En augmentant l'étranglement, le vide augmente dans le cylindre ainsi que la
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masse d'air frais amenée dans le cylindre par la soupape de retenue figure 11. le moteur Otto travaille suivant l'invention également sous charge partielle et avec un fort étranglement de l'arrivée du combustible, avec plein remplissage ou surcharge, de manière analogue au moteur Diesel et garde la haute compression donnée jusqu'à présent seulement à pleine char- ge et le bon rendement thermique qui en résulte, jusqu'aux petites charges partielles jusque auxquelles on peut descendre.
Pour une charge de remplis- sage à 50 % et pour un rapport de compression 1:6 la compression suivant le procédé en usage jusqu'à présent (en négligeant les valeurs secondaires dans les deux termes de comparaison) s'élevait à 3 atm. Suivant le nou- veau mode de travail pour une charge de remplissage de 1,5 fois (sans aug- mentation ou dilution de là masse de gaz frais) on obtient une compression de 1,5 fois 6 = 9 atmo En outre la rotation rapide de la charge du cylindre et l'enveloppement des gaz frais en un manteau d'air qui n'est ouvert que vers la tête de cylindre portant le dispositif d'allumage même pour les combustibles habituels, rendent possible la dite forte compression sans que des allumages prématurés ou des cognements se produisent,,
Figure 13 montre la charge comprimée par le piston dans sa course ascensionnelle après fermeture de la fente 125. La fermeture rapi- de arrête 1?air et élève la pression dans 1-'espace.127 de la soupape de retenue, de sorte que le tiroir 140, appuyé par le ressort 142 retourne à la position de fermeture qu'il conserve jusqu'à la prochaine course d'as- piration.
Le mouvement du tiroir 140 se fait doucement et sans bruit dans les deux sens par suite des coussins d'air dans les espaces creux prévus.
La partie gaz frais de la charge de remplissage totale est pressée au milieu de 7.'espace de combustion en forme de demi-sphère ou de toit et ne touche la tête de cylindre que sur une petite surface supérieure près du dispositif d'allumage. Une grande partie de la surface intérieure - de la tête de cylindres toute la paroi de cylindre qui augmente lorsque le piston descend et le fond du piston sont recouverts par la coiffe d'air.
Le noyau de gaz frais fortement comprimé ressemblant à une sphère quelque peu aplatie peut brûler rapidement et parfaitement même lorsque la vitesse d'allumage est diminuée pour des gaz très maigres. La rotation rapide des gaz accélère 1-'allumage d'ensemble L'allumage n'a qu'à parcourir la moi- tié du chemin car les parties extérieures et en angle de la chambre de com- bustion sont remplies par l'enveloppe d'airo
Il est connu qu'une chambre de combustion autant que possible de forme sphérique diminue le cognement et rend par suite possible une plus forte compression, avec un meilleur rendement.
Par le mode de travail suivant 1?invention, on obtient sans modification de la construction, même pour des moteurs existants, la chambre de combustion la plus idéale,, avec la plus petite surface latérale, même encore en excluant les soupapes tout-à-fait ou en partie,, et environ 2/3 de cette surface latérale restan- te, extrêmement petite sont entourés par le manteau d'air, qui reprend moins de chaleur à la combustion, que des parois métalliques de même gran- deur, et d'ailleurs restitue la chaleur reprise, sous forme d'énergie de pression et par suite de force motrices car la chaleur reprise par le man- teau d'air augmente proportionnelement à celles-ci.
La pression moyenne au piston devient plus grande et une pression plus forte perdure pendant un temps plus longo La chaleur de combustion plus grande cédée dans l'an- cien procédé Otto aux parois devait être éliminée sans profit et anéantie par des moyens de refroidissement spéciaux. Elle avait en outre une in- fluence nuisible sur la consommation en huile, l'usure et le rendement du moteur. A la production d'ondes de pression et de détonation anormales, qui engendrent le cognement.. le manteau d'air tournant.. en forme de coupe s'oppose, et il abaisse doucement toute pointe de pression.
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Figure 14 montre la charge de remplissage du cylindre après la combustion. Le piston 130 a libéré les canaux d'admission 125 La soupape 134 leste pourtant fermée même lorsque règne devant elle une pression plus élevée comme dans le cylindre, dont la soupape d' évacuation 149 a déjà été ouverte. L'admission d'air frais (air pressé) ou de vapeur surchauffée reste évitée pour maintenir la consommation faible et pour empêcher en trop grand refroidissement de l'espace de cylindre moins chauffé que jus- qu'à présenta Les gaz brûlés se trouvant encore avec pression sont repré- sentés par des croix et remplissent à peu près les 3/4 de l'espace. L'air vieux ou chaud de l'espace nuisible qui a été remplacé par de l'air frais est brûlé avec.
Le manteau d'air ou de vapeur surchauffée toujours encore en forme de gobelet devenait moins chaud que les gaz de combustion et est réduit à environ 1/4 de l'espace mais se détend à mesure que se dérobent davantage de nouveau les gaz brûlés, pour déplacer ceux-ci,, sans restes, du cylindre et remplir l'espace nuisible après terminaison de la course d'échappement (Figure 15). L'air frais est maintenant devenu du vieil air chaud et se mélange, dans la course d'aspiration déjà décrite, avec la première partie du nouveau gaz frais.
Les figures 16 et 17 montrent une soupape installée dans le fond du piston, qui a la même fonction que la soupape de réglage suivant la figure 11. Le siège de soupape annulaire, résistant à l'usure 150 est pourvu intérieurement de nervures 151 contournées qui donnent l'impulsion désirée au milieu admis par le plateau de soupape 152 soulevé. Dans quatre nervures de renforcement 153 du fond de piston se trouvent deux boulons 154 autour desquels sont enroulés les ressorts 155, qui pressent sur son siège la soupape 152 à rencontre d'un effet d'aspiration d'environ 0,1 à 0,2 atm.
Les ressorts 156 enroulés autour des mêmes boulons portent à leurs extré- mités libres des contre-poids 157 qui reprennent' toutes les forces centri- fuges agissant sur la soupape.
Le tiroir à piston cylindrique creux ouvert d'un côté 140 et la garniture 135 qui s'y adapte peuvent au lieu des couronnes d'alésage 138 et 139 ou 141, avoir aussi des rainures courant tout autour. Les parties du tiroir à piston et de la garniture 135 séparées 1-*une de l'autre sui- vant la forme de réalisation dessinée, par les rainures courant tout autour, sont pour ce cas réunies par des nervures longitudinales à l'intérieur du tiroir à piston et au pourtour de la garniture. Le réglage de telles sou- papes plus simples est transporté pour plusieurs soupapes ensemble dans la conduite d'amenée de vapeur ou d'aira Ces soupapes peuvent aussi être trans- portées dans le fond de piston.
Dans toutes les soupapes, mais surtout lorsqu'elles sont dispo- sées dans le fond du piston, l'air frais préfiltré est amené avantageuse- ment à travers le carter de manivelles et est comprimé dans celui-ci éga- lement dans les moteurs à 4 temps-0 Le tube de compensation d'air reçoit une soupape de retenue et le carter de manivelle est en conséquence divisé en deux ou plusieurs parties, lorsque le mode de construction d'un moteur à plusieurs cylindres l'exigea Toutes les parties travaillantes et l'huile de graissage sont ainsi bien refroidies et les chaleurs qui s'en dégagent., ainsi que les vapeurs d'huile et de combustible qui prennent naissance par l'air qui s'échauffe sont rendues au processus de combustion.
Dans des moteurs sans précompression il n'y a dans le carter de manivelles, au début du fonctionnement, dans le moteur encore froid., ni vapeur ni air comprimé. A ce moment on ne dispose pour la charge du vide existant à la fin de chaque course d'aspiration., dépendant en grandeur de l'étranglement des gaz, que d'air frais sous la pression de l'atmosphère libre. Par une conformation en tuyère des canaux d'admission d'air 125, on procure de très grandes vitesses d'air et ainsi on obtient des avantages et des conditions dans l'espace du cylindre tout comme par l'admission de vapeur surcomprimée ou d'air comprimé.
Après une courte période de marche:
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les avantages du mode de travail suivant l'invention s'accentuent à mesure qu'augmentent la vapeur à haute température ou 1-9 air comprimée et les pro- cessus de distribution du tiroir à piston sont accélérés.
Pour de petits et de très petits moteurs, mais aussi pour de plus grands moteurs à souries durées de fonctionnement et longues pauses intermé- diaires, les installations de vapeur et d'air comprimé peuvent nuire à l'économie maxima. De tels moteurs travaillent alors suivant ce procédé avec seulement la pression de 1-'atmosphère libre et sont meilleur marché dans leur fabrication. Tous les moteurs à combustion utilisés, travaillant diaprés les procédés connus jusqu'à présent peuvent ultérieurement être transformés à peu de frais en vue du procédé suivant l'invention.
Comme les moteurs transformés nécessitent 50 %. en moins de combustible.!) ils don- nent aussi en moins 50 % de gaz déchappement gênants. La proportion de gaz nocifs dans les gaz d'échappement tombe en raison de la combustion pure dans un excès d'oxygène, de 75 %, à haute température et sous forte pres- sion.
REVENDICATIONS.
1. Mode de travail pour moteurs à combustion caractérisé en ce que, par introduction de vapeur surchauffée d'air ou d'un mélange d'air et de vapeur dans le cylindre de travails les gaz de combustion sont chas- sés sans restes et en ce qu'est produite enveloppant les gaz fraise et les poussant sous forme de boule dans la chambre de combustions et élevant la compression un manteau en forme de gobelet de vapeur surchauffée, d'air ou d'un mélange de vapeur et d'air, dont la couche intérieure prend part au processus de combustion, tandis que la couche extérieure.\) comme mau- vais conducteur de la chaleur,
protège les surfaces métalliques du cylindre de travail contre les hautes températures de combustions aplatit les poin- tes de pression de la combustion, diminue la chute de la pression et augmen- te la pression moyenne au piston.
2. Mode de travail pour moteurs à combustion suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'à partir d'eau ou d'un liquide à faible chaleur de vaporisation, est formée dans un vaporiseur chauffé par la cha- leur perdue du cylindre, de la vapeur saturée que les gaz braies s'écoulant en sens contraire transforment en vapeur surchauffée surcomprimée qui sert à son tour en surchargeant le cylindrée à former le manteau de vapeur ou d'air entourant le mélange combustible dans le cylindre.
3. Mode de travail suivant les revendications 1 et 2, pour mo- teurs à combustion travaillant à deux temps,, caractérisé en ce que la vapeur surchauffée surcomprimée est conduite elle-même dans le cylindre avant la fin de la course de travails chasse sans restes les gaz de combustion hors de cylindre, et$ en augmentant la. charge du cylindre,. forme le manteau en- veloppant le mélange combustible pénétrant à sa suite.
4. Moteur à combustion pour le mode de travail suivant les re- vendications 1à 3, caractérisé en ce que l'enveloppe ou chemise de refroi- dissement du moteur est elle-même conformée en vaporiseur, équipé d'un collecteur de vapeur, qui est alimenté par un réservoir d'eau de réserve surélevé.
5. Moteur à combustion pour le mode de travail suivant les re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un thermostat prévu au surchauffeur, qui règle la quantité de vapeur d'eau s'écoulant du col- lecteur de vapeur au surchauffeur, suivant la température des gaz d'échap- pement.
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METHOD OF WORK AND DEVICES FOR THE OPERATION OF COMBUSTION ENGINES.
The present invention relates to a process or mode of work and to devices for the operation of combustion engines working with four or two strokes and cooled by water or by air, regardless of whether they are driven by a mixture. of air and combustible gas which is brought to the cylinders from the outside ("Otto engine"), or which they work according to the Diesel cycle.
The drawing shows by way of example several embodiments of the invention.
FIGS. 1 and 2 each represent, in axial section, a single-cylinder combustion engine which operates according to the 2-stroke cycle; - Figures 3, 4, 5 and 6 show a four-stroke combustion engine working according to the Otto principle, in four characteristic working positions; - Figure 7 shows a detail; - Figure 8 shows in axial section a combustion engine working according to the two-stroke cycle,!) which is equipped with a water tank in the low position and an injector.
- Figure 9 also shows in axial t section the same engine equipped with reservoirs for recovering water from the air; FIG. 10 shows by way of example such a reservoir, in axial section; - Figure 11 shows a detail;
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FIGS. 12, 13, 14 and 15 show a single-cylinder combustion engine working at four times, in four characteristic working positions; - Figures 16 and 17 show, viewed from above and in axial section, a valve incorporated in the bottom of the pistons.
In Figure 1, 1 shows the crank housing, 2 the cylinder of a combustion engine, which is equipped with a double piston 3, 4 and a spark plug 5. 8 denotes the path or envelope cooling cylinder filled with water, which is connected upwards to the reservoir 9, the bottom 10 thereof being perforated in the manner of a sieve.
The cooling jacket 8 is supplied by the pipe 15 with water coming from the reserve tank 16. A float 17 regulates the water level ab in the tank 9 in a known manner and generates knocking noises on the bottom 10. influence of engine shaking when the water level is too low. The vapor accumulation chamber 18 of the tank 9 is connected to the reserve tank 16 by the pipe 19 which can be closed and is provided with a valve R regulating the pressure in the tank 9.
20 is a superheater which is traversed by the exhaust gases passing through the exhaust slit 21 controlled by the piston 3, and through the pipe 22. It dries and superheats the wet steam, which is supplied from the collecting chamber 18 in the coil 24, through the pipe 23. The superheated steam flows through the pipe 25, the control and check valve 26, the inlet channel 27 and the slot 28 controlled by the piston 4, up to the cylinder. By 30 is denoted the sleeve by which, during the upward stroke of the piston 3, the combustible mixture is sucked into the crank housing 1, coming from the carburetor (not shown) passing through the slot 31 controlled by the piston 3.
The quantity of water in the cooling system is relatively small, so that the water, after the start of operation, quickly assumes the temperature (eg exo 111) corresponding to the desired vapor pressure (eg 0 , 5 Kg / cm2 of overpressure).
A thermostat can be associated with the superheater, which adjusts, depending on the temperature of the exhaust gases, the quantity of steam flowing to the superheater and which, when the engine is stopped, forms the inlet of steam.
The machine works as follows
During the upward movement of the twin piston, the combustible mixture is sucked through the sleeve 30 and the slot 31, in the crank case 1, which is loaded up to three quarters of its height, while the upper quarter and the channel 27 are filled with superheated steam (high temperature steam).
During the downward movement of the twin piston, piston 4 first opens slot 28. Superheated steam flows under the influence of overpressure in the cylinder, expelling exhaust gases without residue. - pement and is itself partially compressed in the gas exhaust pipe. The cylinder space is overloaded (i.e., overpressurized) with fresh mixture.
With the cool gases which then flow out is further mixed some superheated steam finely divided in increasing quantity towards the end of the intake. The superheated steam mostly fills the left cylinder space, and the cool gases well mixed to a small quantity of steam filling mainly the space of
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right, upper., of the cylinder, provided with the ignition device 5 The superheated steam thus forms a mantle, the inner layer of which mixes with the fresh gases and by its cooperation with combustion, flattens the pressure point, while the outer layer protects the metal surfaces of the cylinder and piston from the heat of combustion.
The superheated vapor is further superheated by passing through the hot cylinder space of the previous combustion period, and by contact with the hot flue gases as well as by increasing compression. The finely divided hydrocarbon in fresh gas is The water vapor slowly begins to decompose into hydrogen and oxygen, the high heat consumption of this process preventing self-ignition and flattening the pressure peak of the combustion of fresh gases. It is only the sharp rise in temperature which leads to a sudden formation of thundering gas, which is also burned and which raises the average pressure at the piston. The increase in efficiency by the new working method amounts to about 15%, the fuel saving to about 50%.
Already existing combustion engines can also be converted for the new way of working.
In the air-cooled combustion machine according to Figure 2, water vapor is generated in a heating coil 50, which consists of flat tubes mounted between the cooling ribs 51. It leads from the water coming from the bottom of the tank 9 filled with water to the edge at the lowest point of the cooling rib system 51a, rises in the turns and emerges into the vapor chamber 18 of the tank 9. The superheater again consists of a coil 53 wound around the exhaust tube 52, a coil in which flows, in the opposite direction to that of the flow of the exhaust gases, the water vapor supplied by the reservoir 9 .
In the Otto engine, working at four times, according to Figures 3 to 7, the device for the production of superheated steam is the same as in the 2-stroke engine according to Figure 1 and is therefore not shown in the figure.
Figure 3 shows the position of the piston 60 at the end of its working stroke. The exhaust valve 63 arranged in the head 61 of the cylinder 62 is already open. Through the channels 64 inclined on the axis of the cylinder and directed .. according to Figure 7, tangentially to the bore circle, the superheated steam flows with overpressure (for example 0.5 atm) from the superheater in the cylinder and forms above the concave bottom 65 of the piston a layer of steam, the volume of which is determined by the pressure of the superheated steam., the section of the inlet channels 64 and the inlet time as a function of the number of revolutions of the engine.
In the upstroke (exhaust time) the piston closes the channels 64 and displaces the burnt gases in the superheater through the now open exhaust valve 63.
The superheated steam above the piston undergoes an advantageous additional heating on contact with the hot combustion gases. It expands, then drives the gases out of the cylinder without leaving any, and is itself partly compressed in the exhaust gas line (Figure 4)
In the subsequent suction time (Fig. 5) the discharge valve 63 closes, the inlet valve 68 opens. The piston sucks fresh gas in its downward stroke. Under the effect of cold fresh gases, the volume of the superheated water vapor decreases and the pressure increases in the suction line. Close to the lower dead center, the piston 60 again releases the channels 64.
From steam to
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high temperature again flows with overpressure (eg 0.5 atm.) into the cylinder (filling approx. 0.8). The cylinder overload (eg 1.2 atm.) Depends on the pressure established for the superheated steam.
The filling now includes in the upper part of the cylinder near the ignition device pure fresh gas, in the middle fresh gas with about 20% finely mixed superheated steam, and in the lower part, above the bottom of the piston., superheated water vapor which transmits its rapid circular motion to the layers of gas above it and accelerates their mass ignition
Figure 6 shows the position of the piston shortly after ignition by the spark plug 69 at the instant of the highest pressure. For a compression ratio of 1: 5 the compression does not take place as hitherto at 0.8 x 5 = 4 atm. but at 1.2 x 5 = 6 atm. This gives for a normal fuel an increase in efficiency of about 20% and a fuel saving of about 30%.
However, since the superheated water vapor is decomposed at least in part by the increased compression and by the increased heat of combustion and burnt with the driving gas, the fuel saving amounts to about 50%.
Without departing from the scope of the invention, instead of producing the saturated vapor in the jacket, it can be produced in a special vaporizer, which is heated by the exhaust gases, after they have flowed through the jacket. superheater. For this, the calorific capacity of the burnt gases is sufficient in many cases, even for 2-stroke diesel engines, because air purging is eliminated and the burnt gases, owing to their superheated vapor content, have better thermal efficiency.
Figure 8 shows a two-stroke engine of the same mode of construction as that of Figure 1a. The cold water reserve tank 74 is placed low and has no overpressure. The steam dome 75 is low. tee directly on the cooling water jacket 76 and supplies saturated steam, through line 77, to coil 78 which is incorporated a superheater 79 through which the flue gases flow, which coil brings high temperature steam to the channel inlet 81, through line 80.
To the vapor dome 75 at the bottom is connected the line 85 which feeds the injector 86, which is connected by the suction line 87 to the tank 74 and by the pressure line 88 to the lower part of the cooling jacket 76.
If during operation the level of the cooling water drops as a result of use below the point of entry of pipe 85 into dome 75, saturated steam flows through pipe 85 into the inlet. nozzle 86, which sucks water through line 87 out of tank 74 and compresses it through line 88 into the cooling water jacket 76. The water which then falls into the injector casing is returned by pipe 90 to reservoir 74.
The excess superheated water vapor is conducted through line 92, provided with a safety valve 91, into tank 74 and condensed there.
Figure 9 shows an engine with three heatable reservoirs 93, 94, 95, which are filled with a hygroscopic, granular and regenerable body (calcium chloride, silica gel or the like). Such a tank (figure 10) which is arranged in vehicle engines with 1 "axis in the direction of travel, (arrow p), to a jacket 96 which is equipped on both sides with a deep funnel bottom 97 and 98 and provided with a hygroscopic lining.The two bottoms have central openings with which are associated valve plates 100 and 101
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mounted on a common pin 99.
The common closing spring 102 pressed at the left end against the plate 103 of the spindle 99 acts against the underside of the valve plate 1010. 104 has been designated as a heating pipe, for example a heating pipe. engine exhaust., leads through the tank.
The opening of the two valves is made by the linkage 105, which is coupled to a closing member 106 of the heating pipe 104 so that when the two bottom valves are closed, the closing member 106 of the pipe exhaust is opened positively, and vice versa. The filling or charge F resumes until the saturation of the water coming from the air which passes through the open bottom valves.
When the engine is started, all three tanks are charged. In one of the three tanks, for example 93, the bottom valves are closed and consequently the valve 106 of the heating coil is opened. From tank 93 saturated steam flows through line 109 provided with a control valve 108 (check valve) and through collecting line 110 into superheater 79, which brings it to the engine as superheated steam. via line 80 and channel 81.
In line 110, a manometer indicates by the drop in pressure that each time the heated tank is exhausted (in the case of airplanes and other vehicles, especially in the desert, they can supply them with water. consumption also -and must be subjected to filling, while the second loaded tank is put to heating and steam supply When the engine is not running or runs empty, all tanks are put to water filling, to be able to provide plenty of steam at heavy loads.
Such installations are particularly suitable for air-cooled vehicle engines and aircraft engines, since the water entrainment is lacking and the resulting water is distilled.
Figure 11 shows a variant of the working mode according to the invention, according to which a steam jet air pump with one or more nozzles compresses ,. instead of high temperature steam, 1-air or a mixture of steam and water in the working cylinders of the engine.
Saturated or superheated steam is supplied from one of the tanks 93-95 (FIG. 9) or to the vaporizer otherwise arranged, through line 109, to the nozzle 120 of an injector. The steam leaving the nozzle entrains, through the annular space formed by the conical sleeve 121 with the nozzle 120, air $) and compresses it in the reservoir 122 up to, for example, 1.2 atm. The vapor itself condenses as a result of expansion and its contact with cold air in whole or in part. As a result of the air pressure exceeding the vapor pressure, the condensed water flows back into the vaporizer.
Instead of water it is advantageously possible to use another fluid with a smaller heat of vaporization, generating with equal heat more vapor and compressed air.
Pure compressed air or a mixture of compressed air and steam then flows out of reservoir 122 through line 123 and adjustable check valve 124 into the cylinders of the engine.
In four-stroke combustion engines with external ignition according to Figures 12-15, a throttling position will be assumed which corresponds to approximately 50% fresh gas filling.
Figure 12 illustrates the situation shortly after piston 130 has passed bottom dead center and the compression stroke begins. The fresh gases sucked in by the immediately closing intake valve 131 can only fill half of the cylinder space and are represented according to their position and quantity, by circles with crosses. During the suction stroke, the piston descending rapidly towards the base has generated
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directly above its bottom and in the middle of the bore of the cylinder the largest video where the sucked fresh gases precipitate, delayed by their inertia.
The frictional resistance and heat radiation from the hot walls of cylinder 132 and piston base 133, however, act against the approach of the cool gases to the metal surfaces, so that it occurs in the space of the cylinder. cylinder a mass of fresh gas in droplets, the tip of which goes towards the middle of the bottom of the piston, while its width and density increase towards the intake valve.
The fresh gases that first entered the cylinder mixed with the old air in space !! harmful and form the lower envelope layer of fresh gases, designated by circles only so There is no residual flue gas in the cylinder after the evacuation time, but only heated air which remained there, which does not harm not to the fresh gas charge but by excess hot air causes complete combustion in the outer casing of the fresh gas charge.
When the piston 130, in the suction stroke, has approached the lower dead center to about 30 to 40 degrees of crank angle, it opens the tangential intake channels 125 which are connected. through a pipe not shown in the bore 127 of the check valve 124 (figure II)
In the casing 134 of this valve is installed a cylindrical liner 135 which forms with the casing the annular space 136, which, through the pipe 123, is connected to the reservoir 122.
The seal 135 has two crowns of bores 138 and 1390 140 designates a hollow cylindrical piston slide open on one side, which is provided with bores 141 and a return spring 142, which at its end left is pressed against the trim 135 and its right end against the bottom of the drawer 140.
160 denotes an adjustment lever which is rotatably mounted by means of the bolt 161 in the valve casing and which ends in a square 162 which passes through a corresponding square hole in the bottom of the drawer and which serves as a guide to sliding to the drawer. By the rotation of the lever, the spool rotates and the slot 141 is moved relative to the slot 138, so that the passage of the valve is reduced at will and can also be completely closed. In the rest position, the bottom of the piston rests against the bottom of the cylinder. Communication between bore 127 and compressed air tank 122 is closed.
As the motor piston 130 releases, during the aspiration time, the slot 125, the vacuum in the bore 127 attracts the spool 140, with the spring 142 being energized to the left, which the spool releases from. first the bores 139, so that compressed air from reservoir 122. enters behind the bottom of the drawer and rapidly pushes the drawer to its left terminal position. Compressed air now flows from the reservoir through the corresponding bores 138-141 at high speed through the slot 125, enters the engine cylinder tangentially and creates a cup-shaped envelope of air. 9 rapidly rotating, the edge of which rises along the cylinder wall as a result of the centrifugal force of cold, heavy air.
This envelope of fresh air envelops the charge of fresh gas drawn in, at the bottom and to the sides, and communicates its rotational movement to the fresh gases by virtue of its large contact surface therewith. The rapid rotation of the whole load produces good cooling of the previously hot parts (spark plugs, valves) as well as of fuel residues.9 and prevents premature ignition. At the same time there is a more rapid overall ignition of the fuel gas and a mixture of the cooler, hotter, lighter gas, with the colder and heavier gas and stops the fresh air pushed towards it. out and down.
Despite the large excess of air, the mass of fresh gas sucked in, adapted by the throttle to the desired performance of the engine, is not diluted or degraded by residual gases ¯ as up to now. As the throttle increases, the vacuum increases in the cylinder as well as the
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mass of fresh air brought into the cylinder by the check valve figure 11. the Otto engine works according to the invention also under partial load and with a strong restriction of the fuel supply, with full or overload, in a similar manner to the Diesel engine and keeps the high compression given until now only at full load and the resulting good thermal efficiency, up to the small partial loads down to which it is possible to go down.
For a 50% filling load and a compression ratio of 1: 6, the compression according to the method in use until now (neglecting the secondary values in the two terms of comparison) amounted to 3 atm. According to the new working mode for a filling charge of 1.5 times (without increasing or diluting the mass of fresh gas) a compression of 1.5 times 6 = 9 atm. In addition, the rapid rotation of the cylinder charge and the envelopment of the fresh gases in an air mantle which is only open towards the cylinder head carrying the ignition device, even for usual fuels, make the so-called high compression possible without premature ignitions or knocking occur,
Figure 13 shows the load compressed by the piston in its upstroke after closing the slot 125. The rapid closing stops the air and raises the pressure in the check valve space 127, so that the drawer 140, supported by spring 142, returns to the closed position which it maintains until the next suction stroke.
The movement of the drawer 140 is smooth and quiet in both directions as a result of the air cushions in the hollow spaces provided.
The fresh gas portion of the total fill charge is pressed into the middle of the half-sphere or roof-shaped combustion space and only touches the cylinder head on a small upper surface near the ignition device. Much of the inner surface of the cylinder head - the entire cylinder wall which increases as the piston descends and the piston bottom is covered by the air shroud.
The strongly compressed fresh gas core resembling a somewhat flattened sphere can burn quickly and perfectly even when the ignition rate is reduced for very lean gases. The rapid rotation of the gases accelerates the overall ignition. The ignition has only to go halfway because the outer and corner parts of the combustion chamber are filled by the casing of 'airo
It is known that a combustion chamber which is as spherical as possible reduces the knocking and therefore makes possible a stronger compression, with a better efficiency.
By the working method according to the invention, without modification of the construction, even for existing engines, the most ideal combustion chamber is obtained, with the smallest side surface, even still excluding the all-in-one valves. made or in part ,, and about 2/3 of this remaining, extremely small side surface is surrounded by the air mantle, which takes up less heat on combustion, than metal walls of the same size, and moreover restores the heat taken up in the form of pressure energy and as a result of driving force because the heat taken up by the air jacket increases in proportion to these.
The average piston pressure becomes greater and a higher pressure persists for a longer time. The greater heat of combustion released in the old Otto process to the walls had to be removed profitlessly and destroyed by special cooling means. It also had a detrimental influence on oil consumption, wear and engine performance. The production of abnormal pressure waves and detonation, which cause knocking .. the rotating .. cup-shaped air mantle opposes, and it gently lowers any pressure peak.
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Figure 14 shows the cylinder filling charge after combustion. The piston 130 has released the intake channels 125 The valve 134 is yet closed even when there is a higher pressure in front of it, as in the cylinder, of which the discharge valve 149 has already been opened. The admission of fresh air (pressurized air) or of superheated steam remains avoided in order to keep consumption low and to prevent overcooling of the cylinder space which is less heated than hitherto. The burnt gases still remaining with pressure are represented by crosses and fill approximately 3/4 of the space. Old or hot air from the harmful space that has been replaced with fresh air is burned with it.
The still cup-shaped superheated steam or air mantle became less hot than the combustion gases and is reduced to about 1/4 of the space but expands as more burnt gases escape again, to move these, without remains, from the cylinder and fill the harmful space after termination of the exhaust stroke (Figure 15). The fresh air has now become old hot air and mixes, in the suction stroke already described, with the first part of the new fresh gas.
Figures 16 and 17 show a valve installed in the bottom of the piston, which has the same function as the regulating valve according to Figure 11. The wear-resistant annular valve seat 150 is internally provided with bypassed ribs 151 which give the desired boost to the medium admitted by the lifted valve plate 152. In four reinforcing ribs 153 of the piston base there are two bolts 154 around which the springs 155 are wound, which press the valve 152 on its seat against a suction effect of about 0.1 to 0.2 ATM.
The springs 156 wound around the same bolts carry at their free ends counterweights 157 which take up all the centrifugal forces acting on the valve.
The side-open hollow cylindrical piston spool 140 and the gasket 135 which fits thereto may instead of the bore rings 138 and 139 or 141 also have grooves running around it. The parts of the piston slide and of the gasket 135 separated 1 - * from each other according to the embodiment drawn, by the grooves running all around, are in this case joined by longitudinal ribs inside the piston drawer and around the trim. The setting of such simpler valves is carried for several valves together in the steam or air supply line. These valves can also be carried in the piston bottom.
In all the valves, but especially when they are arranged in the bottom of the piston, the pre-filtered fresh air is advantageously supplied through the crankcase and is compressed therein also in the high-pressure engines. 4-stroke-0 The air compensation tube receives a check valve, and the crank case is accordingly divided into two or more parts, when the construction method of a multi-cylinder engine so requires All working parts and the lubricating oil are thus well cooled and the heat generated therefrom, as well as the oil and fuel vapors which arise from the heated air, are returned to the combustion process.
In engines without precompression there is neither steam nor compressed air in the crankcase, at the start of operation, in the still cold engine. At this time, only fresh air under the pressure of the free atmosphere is available for the charge of the vacuum existing at the end of each suction stroke., Depending on the size of the throttling of the gases. By nozzle conformation of the air intake channels 125, very high air velocities are provided and thus advantages and conditions in the cylinder space are obtained as well as by the intake of supercharged steam or pressure. 'pressurized air.
After a short period of walking:
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the advantages of the working mode according to the invention are accentuated as the high temperature steam or compressed air increases and the dispensing processes of the piston spool are accelerated.
For small and very small engines, but also for larger engines with long running times and long intermediate breaks, steam and compressed air systems can adversely affect maximum economy. Such motors then work by this method with only the pressure of the free atmosphere and are cheaper to manufacture. All the combustion engines used, working according to the methods known until now, can subsequently be converted inexpensively for the method according to the invention.
As the transformed motors require 50%. in less fuel.!) they also give 50% less annoying exhaust gases. The proportion of harmful gases in the exhaust gas falls due to pure combustion in an excess of oxygen, by 75%, at high temperature and high pressure.
CLAIMS.
1. Working method for combustion engines characterized in that, by introducing superheated air vapor or a mixture of air and vapor into the working cylinder, the combustion gases are expelled without residues and in what is produced enveloping the strawberry gases and pushing them in the form of a ball in the combustion chamber and raising the compression a goblet-shaped mantle of superheated steam, air or a mixture of steam and air, whose inner layer takes part in the combustion process, while the outer layer. \) as a poor conductor of heat,
protects the metal surfaces of the working cylinder against high combustion temperatures flattens the combustion pressure peaks, decreases the pressure drop and increases the average piston pressure.
2. Working method for combustion engines according to claim 1, characterized in that from water or a liquid with low heat of vaporization, is formed in a vaporizer heated by the waste heat of the gas. cylinder, saturated steam which the brazed gases flowing in the opposite direction transform into superheated supercharged steam which in turn serves by overloading the displacement to form the vapor or air mantle surrounding the combustible mixture in the cylinder.
3. Working method according to claims 1 and 2, for two-stroke combustion engines, characterized in that the superheated super-compressed steam is itself conducted into the cylinder before the end of the working stroke without hunting. remains the combustion gases out of cylinder, and $ by increasing the. cylinder charge ,. forms the mantle enveloping the combustible mixture which penetrates after it.
4. Combustion engine for the working mode according to claims 1 to 3, characterized in that the cooling jacket or jacket of the engine is itself in the form of a vaporizer, equipped with a vapor collector, which is supplied by an elevated reserve water tank.
5. Combustion engine for the working mode according to claims 1 to 4, characterized in that it comprises a thermostat provided at the superheater, which regulates the quantity of water vapor flowing from the steam collector. to the superheater, depending on the temperature of the exhaust gases.
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