Noteur thermique. L'invention a pour objet un moteur ther mique, présentant la particularité qu'un com presseur à air et un dispositif d'alimentation cri combustible formé par une pompe à pres sion élevée sont reliés à urne chambre -de -com bustion -de faible volume formant en même temps accumulateur-régulateur -de -chaleur et qui est reliée, à, son tour, à l'élément formant moteur proprement dit constitué par une .ma chine à piston, -de façon à l'alimenter en pro duits de combustion, sous pression, pour que celui-ci. les utilise par détente.
Le dessin ci-annexé représente, à. titre d'exemple et scliém.atiquement, plusieurs formes d'exécution du moteur objet de l'in vention.
La fig. 1 est une coupe verticale schéma. tique @de, la partie supérieure d'une de ces formes d'exécution,destinée à montrer la dis position des diverses parties du moteur; les fi-. 2 et 3 sont .deux vues schématiques, indi quant le calage des organes mobiles sur le vilebrequin;
La fig. 4 est une coupe verticale de- la partie supérieure d'une seconde forme d'exé- eution du moteur; les fig. 5, 6 et 7 sont -des coupes de détail, à plus .grande échelle; Les fig. 8 et 9 montrent par deux coupes perpendiculaires l'une à l'autre, une- partie d'une troisième forme @d'exécution, cette par tie formant l'élément moteur proprement dit.
Ainsi qu'on le voit dans la disposition de la fig. 1, le compresseur à .air -comporte ici un cylindre à basse pression 1 et un -cylindre à haute pression 2, pourvus de pistons respec tifs 3 et 4.
Le cylindre. 1 présente, à. sa par tie inférieure, des orifices d'entrée d'air 5; qui se trouvent démasqués à fin de course descen dante du piston 3; à sa partie supérieure, ce même cylindre 1 communique par une ouver ture 6 avec le cylindre à haute pression 9- Au-dessus du cylindre 2, se. trouve une sou pape de refoulement automatique 7 débou chant dans un conduit supérieur 8.
Dans le conduit 8 débouche, également au moyen d'une soupape de refoulement automa tique 9, le dispositif d'alimentation en com bustible, comportant un -cylindre "de petite sec tion transversale 10, :dans lequel se" meut un piston plongeur 11. Dans la partie inférieure du cylindre 10 s'ouv re la tubulure .d'admis@#ion <B>12</B> d'un combustible fluide, liquide ou ga zeux.
Un peu au-dessus de cet orifice d'a.d- mi lion 12 et vers le point où la compression ou le vide commence à se faire sentir, s'ouvre une tubulure 13, qui permet l'introduction soit de l'eau, soit du lubrifiant ou du liquide nécessaire au refroidissement. Une admission de liquide de réfrigération semblable pourrait être avantageusement prévue également, comme d'ordinaire, dans les cylindres eo-m- presseurs 1 et 2.
Le dispositif d'alimentation en combus tible est ainsi formé par une pompe à pression élevée. qui refoule le combustible par la sou pape 9 s'ouvrant sous l'action de la. pression intérieure, dans le jet d'air fortement com primé fourni par le compresseur 1-2 pour s'allumer au contact de cet air, et brûler .dans un conduit 14 prolongeant le conduit 8 et formant en même temps chambre de combus tion de faible volume et accumulateur-régu- lateur de chaleur.
Ce conduit, ainsi que les parois entourant la soupape 9, sont garnis par une matière isolante et réfractaire 15, qui, sous l'action de la chaleur et de la pres sion élevées du mélange combustible, se trouve portée à des températures très élevées tendant même vers l'incandescence. Ce dis positif constitue un régulateur de chaleur, en même temps qu'il assure la combustion com plète du combustible employé. La matière réfractaire employée sera, -de préférence, du zircon qui résiste parfaitement bien aux tem pératures très élevées prenant naissance lors du fonctionnement.
A l'extrîmité du conduit 14 est disposé le moteur proprement dit. Ce dernier comporte un cylindre à haute pression 16 et un cylin dre à basse pression 17, dans lesquels s'opère la détente des produits de la combustion. Dans ces cylindres se meuvent leurs pistons respectifs 18 et 19. Le à haute pres sion 16 communique avec le cylindre à basse pression 17 par un orifice 20 disposé à l'ex trémité supérieure de ce dernier cylindre.
La détente ainsi réalisée par la mise en com munication des cylindres moteurs, permet d'obtenir, à la fin de la période de détente, une température relativement basse, de ma nière à augmenter le rendement du cycle thermique.
La communication est établie entre le cy lindre à. haute pression 16 et le conduit 14 au moyen d'une soupape. ,d'admission annu laire équilibrée 21, elle-même convenablement garnie. de matière isolante, comme on le voit en<B>15.</B> Dans cette soupape d'admission est disposée la soupape d'échappement 22. D'au tre part, la soupape d'admission 21 venant, après son fonctionnement, reprendre appui sur son siège prévu à. la paroi du cylindre 16 constamment refroidie par une circulation d'eau (non indiquée en fig. 1), cette soupape est ainsi refroidie intérieurement et exté rieurement pendant le fonctionnement.
Les deux soupapes 21 et 22 sont comman- -dées par une came 23, au moyen .de leviers 24 et 25 agissant respectivement sur leurs tiges 26 et 27. Un mécanisme approprié, com mandé à la main ou automatiquement, per met .de faire varier la. position de la came 23 sur l'arbre de distribution 28 et, par consé quent, de faire varier la puissance dévelop pée par le moteur, ainsi que de renverser son sens de marche. On pourrait également faire varier le régime du moteur en agissant sur l'admission du combustible, ainsi qu'on le verra. plus loin.
Les gaz détendus évacués hors du cylin dre 16 lors de l'ouverture de la soupape 22, s'échappent par le conduit d'échappement<B>29.</B> tandis que ceux contenus .dans le cylindre 17 s'échappent par des ouvertures 22a ménagées à fond de course du piston dans la paroi de ce cylindre.
La fig. 2 montre le calage des pistons du moteur sur le vilebrequin 30: la bielle 32 du piston à haute pression 18 s'attache en 31 et la bielle 34 du piston 'a basse pression 19 en 33 à des manetons du vilebrequin.
De même, sur la fi-. 3, l'on a indiqué le calage correspondant des pistons du compres seur sur le même vilebrequin<B>30:</B> la bielle 3 5 du piston à haute pression 4 s'attache en 36 et la. bielle 37 du piston à basse pression 3, vii :38 à des manetons du vilebrequin. La tige de plongeur 39 de la pompe à combustible pourra être commandée soit par des cames appropriées, soit par un prolongement de la commande du piston 3 du compresseur.
L'ensemble des cylindres compresseurs et moteurs est monté sur un carter 40, dans le quel est. tourillonné le vilebrequin commun 30.
Le conduit 8 situé au-dessus du compres seur est prolongé, au delà de celui-ci, par un conduit 41 pourvu d'un robinet 42 et relié à un réservoir auxiliaire à air comprimé (non représenté), qui permet la mise en route .du moteur et peut servir @de régulateur de fonic- t.ionnement.
Le fonctionnement du moteur qui vient d'être décrit est le suivant: Supposons le moteur en marche, l'air comprimé aspiré par le cylindre compresseur à basse pression 1 est comprimé par celui-ci, puis refoulé par l'orifice 6 dans le cylindre 2, où sa compression s'achève, et cet air est. refoulé par le piston 4 dans le conduit 8. Eu même temps, le piston 11 du dispositif d'ali mentation en combustible refoule le combus tible admis en 12 à forte pression dans le conduit supérieur 8 où, rencontrant l'air, for tement comprimé fourni par le compresseur, il s'enflamme et vient brûler dans le conduit 14, dans lequel la combustion se complète, sans qu'il puisse s'y produire de détente par suite du faible volume de ce conduit.
La soupape d'admission 21 du moteur s'ouvre alors et les gaz chauds sous pression pénètrent dans le cylindre à haute pression 16, où ils commencent leur détente, puis, passant direc tement par l'orifice 20 dans le cylindre 5, basse pression 17, ils y achèvent leur dé tente, ce qui entraîne en même temps l'abais sement de leur température. Lorsque les pis tons moteurs 18 et 19 remontent ensuite, la soupape d'admission 21 s'étant fermée dans l'intervalle, ils chassent par la. soupape 22, alors ouverte, les produits de la combustion à température relativement basse par le con duit -d'échappement 29.
Pour la mise en marche, le moteur étant à l'arrêt, il suffira d'ouvrir le robinet 42, ainsi que le robinet d'admission du combustible, et d'amener la soupape 21 dans sa position d'ouverture, les commandes de ces divers or ganes pouvant être avantageusement soli daires: l'air comprimé venant du réservoir auxiliaire mettra alors en mouvement les pis tons 18 et 19 du moteur et, avec eux, le vile brequin 30. Le compresseur et le dispositif d'alimentation en combustible entreront en action et produiront la compression d'air et l'allumage du mélange combustible et le fonc tionnement normal commencera, le réservoir auxiliaire sur lequel est branché le tuyau 41 servant alors d'accumulateur.
La régulation du compresseur pourra être obtenue par un étranglement effectué sur les orifices ,d'admis- si-on 5.
La fig. 4 montre une autre forme d'exé cution du moteur. Dans cette disposition, le cylindre compresseur à basse pression 1, qui communique directement avec le cylindre à haute pression 2 par l'orifice 6, comporte con- centriquement et intérieurement un fourreau 10 constituant le cylindre à combustible, dans lequel se déplace le piston Il fixé à la partie médiane du piston 3.
D'autre part, le piston Il présente, à son extrémité supérieure, un évidement lia (fig. 5) dans lequel plonge un fourreau tubulaire 40 solidaire d'une pièce fixe 40a dont l'extrémité supérieure forme le siège de la soupape d'injection de combus tible 9. Cette .dernière est également pour vue d'une queue 9a, qui pénètre librement dans le fourreau 40.
L'admission du combustible liquide à la pompe est faite ici au moyen d'un auget os cillant 42, commandé au moyen d'un secteur .denté 44 (fig. 7). Le combustible affluant par le conduit 13 et dont la quantité est me surée pour chaque cycle par l'auget 42, passe dans le cylindre 10 par un canal 45, par le quel afflue également l'air admis par le con duit 5. Par un autre canal, 46, communi quant avec le conduit 12 est admise l'huile destinée à former joint d'obturation.
Le vo lume de l'auget 42 peut être modifié à vo lonté, au moyen d'un volant de manoeuvre 47 agissant sur une pièce 47a, remplissant plus ou moins cet auget, de manière à pouvoir faire varier à tout moment, la quantité de combustible admise à. chaque opération et, par conséquent, le régime de marche du moteur.
On comprend que l'air et le combustible admis par le canal 45 dans le cylindre 11 lorsque le piston 10 est, en bas de course, se trouvent refoulés par celui-ci lors de son as cension et, grâce à la division produite par le fourreau 40 et la queue 9a de la soupape d'injection, c'est un mélange combustible finement pulvérisé qui est injecté clans le conduit de combustion 14.
D'autre part, le conduit 8 est séparé ici du conduit de combustion 14 par une sou pape 48 qui lorsqu'elle s'ouvre, permet à l'air comprimé du conduit 8 de. passer dans le conduit 14 où il rencontre 'Le combustible pulvérisé injecté. A l'extrémité du conduit 8 est en outre disposée un piston -de retenue 49, qui permet de retenir :dans -ce conduit l'air à une pression suffisante pour obtenir la tem pérature et la pression élevées nécessaires à l'auto-inflammation.
Enfin, dans la disposition de la fig. 4, la soupape d'échappement 22 du moteur est dis posée directement sur le cylindre à basse pression.
Les fig. 8 et 9 montrent une partie, plus particulièrement l'élément moteur, -l'une troi sième forme -d'exécution. Le cylindre à haute pression 16 est ici concentrique et intérieur au cylindre à basse pression 17, le conduit de combustion 14 débouchant directement dans le fond du cylindre à haute pression 16. La soupape d'échappement 22 est -disposée ici également @dans le fond du cylindre à basse pression 17.
Dans la disposition des fig. 8 et 9, on a supposé que les bielles -de commande des pis- tons à haute et à basse pression 18 et 19 sont remplacées par des plateaux-manivelles 32 et 34, dont le maneton est engagé dans des cou- lisses horizontales 50 et 51 convenablement guidées sur .des tiges fixes 52 du carter.
Dans toutes les formes d'exécution ci-des sus, le piston moteur en relation directe .avec le conduit de combustion, par exemple le pis ton 18, sera avantageusement pourvu à son extrémité supérieure, d'un garnissage en ma tière réfractaire, de préférence en zircon. Cette même matière sera employée également pour le .garnissage de tous les organes devant subir l'action -de la température très élevée développée par le moteur.
Le moteur qui vient d'être décrit sera particulièrement désigné pour toutes les ap plications concernant la locomotion marine, aérienne ou terrestre.; il permet de supprimer le -carburateur, la .magnéto, l'embrayage, le changement -de vitesse et le dispositif -de mise en marche. En outre, grâce à. la température extrêmement élevée obtenue dans le conduit de combustion, le moteur pourra utiliser di rectement tous combustibles à. hydrocarbures.
Thermal rating. The object of the invention is a thermal engine, having the particular feature that an air compressor and a fuel supply device formed by a high pressure pump are connected to a low pressure chamber. volume forming at the same time accumulator-heat-regulator and which is connected, in turn, to the actual motor-forming element constituted by a piston-type .ma chine, -so as to supply it with combustion, under pressure, so that it. uses them for relaxation.
The accompanying drawing represents, to. by way of example and scliém.atically, several embodiments of the engine which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a vertical section diagram. tick @de, the upper part of one of these embodiments, intended to show the arrangement of the various parts of the engine; the fi-. 2 and 3 are .two schematic views, indicating the timing of the moving parts on the crankshaft;
Fig. 4 is a vertical section of the upper part of a second embodiment of the motor; figs. 5, 6 and 7 are detail sections, on a larger scale; Figs. 8 and 9 show by two sections perpendicular to each other, part of a third embodiment @, this part forming the motor element proper.
As can be seen in the arrangement of FIG. 1, the air compressor - here comprises a low pressure cylinder 1 and a high pressure cylinder 2, provided with respective pistons 3 and 4.
The cylinder. 1 present, at. its lower part, air inlet openings 5; which are unmasked at the downward stroke end of piston 3; at its upper part, this same cylinder 1 communicates through an opening 6 with the high pressure cylinder 9- Above cylinder 2, is. find an automatic discharge valve 7 opening into an upper duct 8.
In the conduit 8, also by means of an automatic discharge valve 9, the fuel supply device, comprising a -cylinder "of small cross-section 10,: in which moves a plunger 11 In the lower part of the cylinder 10 opens the tubing .d'allowed @ # ion <B> 12 </B> of a fluid, liquid or gas fuel.
A little above this orifice of a.d- mi lion 12 and towards the point where the compression or the vacuum begins to be felt, opens a tubing 13, which allows the introduction of either water , either lubricant or liquid necessary for cooling. A similar refrigeration liquid inlet could advantageously also be provided, as usual, in the vacuum cylinders 1 and 2.
The fuel supply device is thus formed by a high pressure pump. which delivers the fuel through the valve 9 opening under the action of the. internal pressure, in the strongly compressed air jet supplied by the compressor 1-2 to ignite on contact with this air, and burn. in a duct 14 extending the duct 8 and at the same time forming the combustion chamber of low volume and heat regulator-accumulator.
This duct, as well as the walls surrounding the valve 9, are lined with an insulating and refractory material 15 which, under the action of the heat and the high pressure of the combustible mixture, is brought to very high temperatures tending to even towards incandescence. This positive device constitutes a heat regulator, at the same time as it ensures the complete combustion of the fuel used. The refractory material employed will preferably be zircon which is perfectly resistant to the very high temperatures arising during operation.
At the end of the conduit 14 is disposed the actual motor. The latter comprises a high pressure cylinder 16 and a low pressure cylinder 17, in which the expansion of the combustion products takes place. In these cylinders move their respective pistons 18 and 19. The high pressure 16 communicates with the low pressure cylinder 17 through an orifice 20 disposed at the upper end of the latter cylinder.
The expansion thus carried out by placing the engine cylinders in communication makes it possible to obtain, at the end of the expansion period, a relatively low temperature, so as to increase the efficiency of the thermal cycle.
Communication is established between the cylinder at. high pressure 16 and the conduit 14 by means of a valve. , balanced annual admission 21, itself suitably furnished. of insulating material, as seen at <B> 15. </B> In this intake valve is disposed the exhaust valve 22. On the other hand, the intake valve 21 coming, after its operation , take support on its seat provided for. the wall of the cylinder 16 constantly cooled by a circulation of water (not shown in FIG. 1), this valve is thus cooled internally and externally during operation.
The two valves 21 and 22 are controlled by a cam 23, by means of levers 24 and 25 acting respectively on their rods 26 and 27. An appropriate mechanism, controlled by hand or automatically, makes it possible to do this. vary it. position of the cam 23 on the distribution shaft 28 and, consequently, to vary the power developed by the motor, as well as to reverse its direction of travel. The engine speed could also be varied by acting on the fuel intake, as will be seen. further.
The expanded gases evacuated out of the cylinder 16 when opening the valve 22, escape through the exhaust pipe <B> 29. </B> while those contained in the cylinder 17 escape through openings 22a formed at the bottom of the piston stroke in the wall of this cylinder.
Fig. 2 shows the timing of the engine pistons on the crankshaft 30: the connecting rod 32 of the high pressure piston 18 attaches at 31 and the connecting rod 34 of the low pressure piston 19 at 33 to crankshaft crankpins.
Likewise, on the fi-. 3, the corresponding timing of the pistons of the compressor has been indicated on the same crankshaft <B> 30: </B> the connecting rod 3 5 of the high pressure piston 4 is attached at 36 and the. connecting rod 37 of the low pressure piston 3, vii: 38 to the crankshaft pins. The plunger rod 39 of the fuel pump can be controlled either by appropriate cams or by an extension of the control of the piston 3 of the compressor.
The assembly of compressor and engine cylinders is mounted on a housing 40, in which is. journaled the common crankshaft 30.
The duct 8 located above the compressor is extended, beyond the latter, by a duct 41 provided with a valve 42 and connected to an auxiliary compressed air tank (not shown), which makes it possible to start up. .motor and can be used as an operating regulator.
The operation of the engine which has just been described is as follows: Suppose the engine is running, the compressed air drawn in by the low-pressure compressor cylinder 1 is compressed by the latter, then discharged through the orifice 6 into the cylinder 2, where its compression ends, and this air is. delivered by the piston 4 into the duct 8. At the same time, the piston 11 of the fuel supply device delivers the fuel admitted at 12 at high pressure into the upper duct 8 where, encountering the air, strongly compressed supplied by the compressor, it ignites and burns in line 14, in which combustion is completed, without any expansion being able to occur there due to the small volume of this conduit.
The intake valve 21 of the engine then opens and the hot pressurized gases enter the high pressure cylinder 16, where they begin to expand, then, passing directly through the orifice 20 in the cylinder 5, low pressure 17, they complete their relaxation there, which at the same time leads to a lowering of their temperature. When the engine udders 18 and 19 then go up, the intake valve 21 having closed in the meantime, they drive out through the. valve 22, then open, the products of combustion at a relatively low temperature through the exhaust pipe 29.
To start up, with the engine stopped, it will suffice to open the valve 42, as well as the fuel inlet valve, and bring the valve 21 to its open position, the control controls. these various organs being able to be advantageously united: the compressed air coming from the auxiliary tank will then set in motion the pis tons 18 and 19 of the engine and, with them, the crankshaft 30. The compressor and the fuel supply device will come into action and produce the air compression and ignition of the combustible mixture and normal operation will begin, the auxiliary tank to which the pipe 41 is connected then serving as an accumulator.
The regulation of the compressor can be obtained by a throttling effected on the orifices, admission 5.
Fig. 4 shows another embodiment of the engine. In this arrangement, the low-pressure compressor cylinder 1, which communicates directly with the high-pressure cylinder 2 through the orifice 6, comprises concentrically and internally a sleeve 10 constituting the fuel cylinder, in which the piston II moves. attached to the middle part of the piston 3.
On the other hand, the piston It has, at its upper end, a recess 11a (FIG. 5) into which a tubular sleeve 40 integral with a fixed part 40a, the upper end of which forms the seat of the valve, plunges. fuel injection 9. This last is also for view of a tail 9a, which freely penetrates into the sleeve 40.
The admission of liquid fuel to the pump is made here by means of a wobble bucket 42, controlled by means of a toothed sector 44 (FIG. 7). The fuel flowing through line 13 and the quantity of which is measured for each cycle by the bucket 42, passes into cylinder 10 through a channel 45, through which also flows the air admitted through pipe 5. By a another channel, 46, communicating with the conduit 12 is admitted the oil intended to form the sealing gasket.
The volume of the bucket 42 can be modified at will, by means of a handwheel 47 acting on a part 47a, more or less filling this bucket, so as to be able to vary at any time, the quantity of fuel admitted to. each operation and, consequently, the engine speed.
It will be understood that the air and the fuel admitted through the channel 45 into the cylinder 11 when the piston 10 is at the bottom of the stroke are returned by the latter during its ascent and, thanks to the division produced by the piston. sleeve 40 and the stem 9a of the injection valve, it is a finely pulverized fuel mixture which is injected into the combustion duct 14.
On the other hand, the duct 8 is separated here from the combustion duct 14 by a valve 48 which, when it opens, allows the compressed air from the duct 8 to. pass through line 14 where it meets the injected pulverized fuel. At the end of the duct 8 is also arranged a retaining piston 49, which makes it possible to retain: in this duct the air at a pressure sufficient to obtain the high temperature and pressure necessary for self-ignition .
Finally, in the arrangement of FIG. 4, the engine exhaust valve 22 is placed directly on the low pressure cylinder.
Figs. 8 and 9 show a part, more particularly the driving element, a third form of execution. The high pressure cylinder 16 is here concentric and inside the low pressure cylinder 17, the combustion duct 14 opening directly into the bottom of the high pressure cylinder 16. The exhaust valve 22 is also arranged here @in the bottom low pressure cylinder 17.
In the arrangement of fig. 8 and 9, it has been assumed that the control rods for the high and low pressure pistons 18 and 19 are replaced by crank plates 32 and 34, the crankpin of which is engaged in horizontal guides 50 and 51 suitably guided on fixed rods 52 of the housing.
In all of the above embodiments, the driving piston in direct relation with the combustion duct, for example the pis ton 18, will advantageously be provided at its upper end, with a lining of refractory material, of preferably zircon. This same material will also be used for the lining of all the components to undergo the action -de the very high temperature developed by the engine.
The engine which has just been described will be particularly suitable for all applications relating to marine, air or land locomotion .; it makes it possible to remove the -carburetor, the .magneto, the clutch, the gear-change and the -starting device. In addition, thanks to. the extremely high temperature obtained in the combustion duct, the engine will be able to use all fuels directly. hydrocarbons.