Procédé pour améliorer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne et moteur pour sa mise en aeuvre. La présente invention concerne un pro cédé pour améliorer le fonctionnement d'un moteur à combustion interne et un moteur pour sa mise en oeuvre.
Le procédé suivant l'invention se distin gue en ce qu'on empêche, par l'interposition d'un organe de retenue fonctionnant par l'ac tion dynamique des gaz animés d'une grande vitesse, que chaque flux de ga-z ne revienne en arrière sous l'influence,de son élasticité, de sorte qu'une dépression est produite en amont dudit organe de retenue après le passage du flux.
Le moteur suivant l'invention pour la. mise en couvre de: ce procédé comporte un or gane de retenue place sur le conduit d'échap pement du moteur et agencé pour s'ouvrir dans le sens de l'écoulement normal des gaz sous l'action dynamique de ceux-ci et pour s'opposer à leur retour en arrière.
Des formes d'exécution de l'objet de l'in vention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 montre en coupe longitudinale un appareil d'expérience servant à faire com prendre le principe de l'invention; La fig. 2 est une coupe partielle d'un moteur à combustion interne muni d'un cla pet de retenue sur son conduit d'échappement; La fig. 3 montre une autre forme d'exé cution.
L'appareil d'expérience employé, repré senté à la fig. 1, se compose d'un tube 1 dans lequel, par un robinet 2, peuvent être admis des gaz carburés dont une bougie 3 assure l'allumage. Le tube comporte un robinet pur geur 4 et peut être mis en communication avec un indicateur -de vide 5. Il est fermé et présente, en une -de ses extrémités, une soupape d constamment rappelée sur son siège par un ressort 7, cette soupape permettant le passage des gaz de l'intérieur vers l'extérieur, mais s'opposant au passage inverse. Un tube 8, vers lequel s'ouvre la soupape, débouche dans une capacité 9 sur laquelle est branché un manomètre à pression 10.
Avant l'expé rience, la pression régnant dans le tube et dans la capacité est, par exemple, la pression atmosphérique.
Lorsque, ayant admis dans le tube 1 des gaz carburés, on détermine l'allumage de ceux-ci, on constate, après l'explosion, l'exis tence d'une dépression dans le tube et d'une surpression dans la capacité 9.
En répétant l'expérience un certain nom bre de fois, la pression dans la capacité 9 supposée close, va augmenter. On constate que, à chacun des réglages de la tension du ressort 7, .on pourra. atteindre un déséquilibre correspondant des pressions finales régnant, d'une part, dans la chambre 1 et, .d'autre part, dans la capacité 9.
Il va de soi que les pressions ainsi créées sont les pressions moyennes régnant dans la chambre 1 et dans la capacité 9, pressions résultant des pressions locales instantanées aux différents points de ces deux récipients.
Ces résultats peuvent s'interpréter en ad mettant que pendant la détente les gaz se comportent comme un ressort dans toute leur masse. Autrement .dit, dès que l'explosion a en lieu, ils se comportent comme un projec tile qui rebondit sur les parois de la, cham bre en prenant un mouvement d'oscillation tant que celle-ci est close, et s'échappant en bloc lorsqu'elle est brusquement ouverte.
La tête de l'onde globale qui s'est formée présente une épaisseur en surpression et la queue de l'onde est en dépression. En cours d'échappement, la vitesse -de l'onde diminue et la détente propre .de la masse gazeuse tend à ramener les @ gaz dans le tube 8 vers l'ar rière; il se produit en opposition une onde de réflexion dite "onde négative" qui se trouve arrêtée par la soupape 6, de telle sorte que la dépression ou le vide relatif qui s'est produit dans la chambre 1 à la. suite de l'ex plosion se conserve. .
Le corps gazeux en mouvement suit les lois étudiées en balistique intérieure; il est en particulier le siège des phénomènes connus sous le nom d'onde explosive, onde de choc, etc.
I1 est clair .que les limites de ces pres sions sont: dans la chambre 1 le vide et dans la capacité 9 la pression d'explosion. Ce déséquilibre, résultant de la récupéra tion de l'énergie cinétique de la masse des gaz à leur sortie de la chambre 1, est évidem ment fonction de l'énergie thermique libérée.
Le même phénomène se produit toutes les fois qu'une masse fluide se détend par brus que rupture d'équilibre.
La présente invention est basée sur l'ap plication de ces remarques en vue de l'amé lioration du rendement -des moteurs à com bustion interne.
Si l'on suppose en effet que la chambre 1 considérée ci-dessus dans l'expérience fonda mental, constitue le cylindre d'un moteur à combustion interne, les résultats obtenus par utilisation du vide seront les suivants: 10 Meilleure vidange des gaz, puisque l'onde .de retour, arrêtée par la soupape 6 pla cée sur l'orifice d'échappement, ne peut ren trer dans le cylindre; 20 Meilleur remplissage du fait du faible résidu des gaz brûlés;
30 Possibilité d'aspiration par le vide pro duit dans le cylindre lors .de chaque échap pement des gaz brtilés; 41) Dans le cas de moteurs à. balayage des gaz, balayage automatique du cylindre. Sur la fig. 2, on a- représenté schématique ment la coupe verticale d'un cylindre -de mo teur à quatre temps conforme à l'invention.
11 désigne le cylindre d'un moteur à qua tre temps pourvu de la soupape habituelle 12 d'échappement; l'orifice sur lequel est ordi nairement placé le tube d'échappement reçoit l'extrémité d'un tube 13 fermé à son autre extrémité par un obturateur quelconque, une soupape 14 par exemple, soumise à l'action d'un ressort 15 -dont on peut régler la pres sion et la course au moyen d'un vis 16 et qui tend à appliquer la. soupape sur son siège.
La soupape est destinée à établir et à fermer la communication entre le tube 13 et -une tuyauterie 17 conduisant au silencieux, à l'atmosphère, ou à un réservoir .destiné L emmagasiner les gaz d'échappement sous pression et pouvant alimenter une turbine, un cylindre basse pression d'un moteur com- pound, etc. Lorsque la soupape 12 se soulève pour permettre aux gaz brûlés de s'échapper, ceux-ci créent une dépression dans le cylin dre 11 et dans le tube 13 et en soulevant la soupape 14 pour se rendre dans le tube 17;
puis cette soupape 14 se referme: sous l'action du ressort 15 et de l'onde négative de re tour, et elle interdit le retour des gaz dans le cylindre; .de cette manière la dépression régnant .dans<B>la</B> cylindre 11 et :dans le tube 13 se trouve maintenue à un degré qui ne dépend que de l'exécution précise des organes et :de l'énergie contenue dans le flux des gaz écoulés.
Ce :dispositif :donne la possibilité de faire travailler le moteur comme si l'échappement se faisait sous une .dépression.
En arrêtant le retour nuisible des gaz après leur sortie .du cylindre, le rendement du moteur sera accru à cause: 10 Du fait que la chambre de compression pourra se remplir d'une grande proportion de gaz frais; la charge totale du cylindre sera exempte de la, plus grande partie :des gaz brû lés; ces résultats équivalent à une suralimen tation; 20 De l'absence du travail de chasse des gaz brûlés; <B>30</B> Du travail sur le piston de la pression atmosphérique existant dans le carter.
Il y a lieu de remarquer qu'il n'est plus besoin, dans: les moteurs auxquels l'invention sera appliquée, de prévoir un retard aussi considérable que jusqu'à présent à la ferme ture de l'échappement. On pourra par con tre, avancer l'ouverture de l'admission. De même, le carburateur sera convenablement modifié pour pouvoir débiter plus rapidement la quantité voulue de gaz carburé dans un temps :assez grand pour .assurer la gazéifi cation avant l'entrée au cylindre.
La forte dépression laissée dans le cylin dre par la masse gazeuse échappée a pour effet d'imprimer une grande vitesse aux gaz frais à travers le carburateur et le conduit d'admission dès que la lumière d'aspiration est ouverte; ces gaz frais ainsi lancés dans le cylindre peuvent s'y comprimer sous l'effet du choc, mais leur pression retomberait im médiatement s'ils pouvaient, en partie, repas ser par la lumière d'admission avant qu'elle soit fermée et retourner au carburateur.
Pour s'opposer à ce retour, il est prévu d'interca ler dans le conduit .d'admission une soupape de captation ou soupape de retenue qui laisse passer l'onde gazeuse vers le cylindre et @e referme :derrière elle. Il est alors possible de retenir dans le cylindre une plus grande masse de gaz frais à chaque admission et d'obtenir ainsi une suralimentation du mo teur sans l'emploi de pompe alimentaire.
Dans le cas de moteurs polycylindriques, un dispositif de retenue ou de captation du genre décrit est préférablement placé sur chaque cylindre; il est cependant possible de grouper tous les dispositifs de captation an mieux suivant la construction des blocs mo teurs en veillant à ce que les effets des dé- tentes successives, ne causent pas de pertur bations dans les collecteurs communs.
Les gaz d'échappement peuvent être uti lisés: a) soit en les faisant :débiter sous pres sion (turbine, moteur compound, ou tous au tres appareils, moteurs ou autres, utilisant les gaz sous pression); b) soit, plus simplement, en vue de réali ser un silencieux qui, quoique étranglant la sortie des gaz, ne ,diminue pas le rendement du moteur.
Le procédé décrit donne la possibilité d'un nouveau mode de fonctionnement,des, moteurs à deux temps.
La. chambre de carburation ou le carbura teur 18 (fig. 3) est reliée :directement à la lumière d'admission 18a :des gaz frais, celle- ei étant placée au delà de la lumière d'écha.p- pement 13a à partir de la culasse du cylin dre. L'alimentation mécanique auxiliaire ab sorbant du travail étant ainsi supprimée, i 1 en résulte une simplification considérable dans la construction du moteur. Le tube 13 est également fixé directement sur le cylin dre et l'obturateur de retenue est constitué par une soupape 19.
En se plaçant dans le cas le plus défavo rable où le piston 20 est à son point mort bas, si l'on fait tourr.ar le moteur, le piston comprime dans le cyli-11dre l'air qui s'y trouve contenu;
à la descente du piston une certaine portion de l'air, d'autant plus grande que le mouvement est plus rapide, est évacuée par le dispositif 13, 19, et il se produit un appel d'air par le carburateur 18 .dès que la lu mière d'admission est découverte; le mélange ainsi obtenu -est comprimé, puis se détend et s'échappe en créant une dépression qui pro duira une nouvelle admission de gaz frais et au bout d'un très petit ,nombre de courses du piston, la quantité de gaz frais sera suffi sante pour que l'explosion se produise et que le moteur soit lancé.
Chaque explosion et la, détente et l'échap pement qui suivent produisent -dans le cylin dre comme il a été dit ci-dessus un vide suf fisant pour que le cylindre se remplisse en tièrement de gaz frais et il est à remarquer que le piston découvre d'abord la lumière d'é chappement 1'3a d'une quantité suffisante pour que le phénomène se produise avant que la lumière 18a correspondant au carburateur ne soit découverte.
On peut régler la puissance du moteur en étranglant plus ou moins le passage qui fait communiquer le carburateur avec le cylindre, ou en donnant la ,section voulue au tube 13 ou encore en faisant varier l'impulsion et la course du ressort de rappel 19a -de la sou pape 19.
Dans cette nouvelle conception -du moteur à deux temps l'aspiration se fait par le vide produit par les gaz eux-mêmes.
Ceci permet: a) l'alimentation directe; b) la. suralimentation en ajoutant - une soupape d'alimentation en un endroit quel conque du cylindre; c) le remplissage intégral de la cylindrée par les gaz frais.
En outre, conformément à, la fig. 3, il est avantageux -de donner à la tête du piston 20 une forme incurvée .qui canalise les gaz et di rige l'onde de sortie vers le conduit d'échap- peinent. On peut donner à la section de ce conduit entre la soupape automatique et le cylindre une valeur telle que la capacité 13 correspondante soit sensiblement .égale à celle des gaz brûlés résiduels après fonctionnement de la soupape.
En particulier, ce conduit peut être cons titué par un manchon de faible longueur fai sant corps ou non avec le cylindre et renfer mant l'obturateur de retenue.
Quand le dispositif est appliqué à des moteurs à balayage d'air frais, genre Diesel ou semi-Diesel, ledit balayage pourra être produit uniquement par la dépression due à la présence de la soupape empêchant le re tour des gaz brûlés.
Ici encore, il est possible d'utiliser les gaz -d'échappement aux applications qui ont été signalées pour le moteur à quatre temps.
On peut même concevoir, enfin, qu'on puisse utiliser cette force vive des gaz brû lés sans troubler ,d'aucune façon le fonction nement du moteur; les gaz brûlés peuvent être emmagasinés dans un récipient quelcon que où leur pression s'élève progressivement par les explosions successives et on disposera ainsi d'un fluide comprimé pouvant servir à divers usages.
En outre, dans les moteurs à deux temps, pour réduire la -quantité de gaz frais aspiré au seul volume du cylindre comme dans les moteurs à quatre temps, on peut concevoir qu'on emploie un dispositif d'obturation qui ferme l'orifice,du tube 13 au moment de l'as piration sur le carburateur et qui peut être conjugué avec un second obturateur qui ferme l'orifice du carburateur au moment de l'é chappement.
Cette position :se combine identique- ment avec les chemises distributrices des mo teurs sans soupapes.
Method for improving the operation of an internal combustion engine and engine for its implementation. The present invention relates to a process for improving the operation of an internal combustion engine and to an engine for its implementation.
The method according to the invention is distinguished in that it prevents, by the interposition of a retaining member operating by the dynamic action of gases animated at a high speed, that each flow of ga-z does not returns back under the influence of its elasticity, so that a depression is produced upstream of said retaining member after the flow has passed.
The engine according to the invention for the. implementation of: this process comprises a retaining member placed on the exhaust duct of the engine and arranged to open in the direction of the normal flow of the gases under the dynamic action of the latter and to oppose their turning back.
Embodiments of the object of the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawing, in which: FIG. 1 shows in longitudinal section an experimental apparatus serving to understand the principle of the invention; Fig. 2 is a partial section through an internal combustion engine fitted with a retaining valve on its exhaust duct; Fig. 3 shows another form of execution.
The experimental apparatus used, shown in fig. 1, consists of a tube 1 into which, through a valve 2, can be admitted carburized gases of which a spark plug 3 ensures ignition. The tube comprises a purge valve 4 and can be placed in communication with a vacuum indicator 5. It is closed and has, at one -of its ends, a valve d constantly returned to its seat by a spring 7, this valve allowing the passage of gases from the inside to the outside, but opposing the reverse passage. A tube 8, towards which the valve opens, opens into a capacity 9 to which a pressure gauge 10 is connected.
Prior to the experiment, the pressure in the tube and in the container is, for example, atmospheric pressure.
When, having admitted into the tube 1 carburized gases, the ignition of the latter is determined, it is noted, after the explosion, the existence of a vacuum in the tube and an excess pressure in the capacity 9 .
By repeating the experiment a number of times, the pressure in capacity 9, which is supposed to be closed, will increase. It can be seen that, at each adjustment of the tension of the spring 7,. achieve a corresponding imbalance of the final pressures prevailing, on the one hand, in chamber 1 and, on the other hand, in capacity 9.
It goes without saying that the pressures thus created are the average pressures prevailing in the chamber 1 and in the capacity 9, pressures resulting from the instantaneous local pressures at the various points of these two containers.
These results can be interpreted by admitting that during the expansion the gases behave like a spring in all their mass. In other words, as soon as the explosion takes place, they behave like a projection which bounces off the walls of the chamber, taking an oscillating movement as long as the latter is closed, and escaping by block when suddenly opened.
The head of the global wave which has formed exhibits a thickness in overpressure and the tail of the wave is in depression. During exhaust, the speed -of the wave decreases and the own expansion of the gaseous mass tends to bring the @ gases in the tube 8 towards the rear; there is produced in opposition a so-called "negative wave" reflection wave which is stopped by the valve 6, so that the depression or the relative vacuum which has occurred in the chamber 1 to. after the explosion is conserved. .
The gaseous body in motion follows the laws studied in interior ballistics; it is in particular the seat of the phenomena known under the name of explosive wave, shock wave, etc.
It is clear that the limits of these pressures are: in chamber 1 the vacuum and in the capacity 9 the explosion pressure. This imbalance, resulting from the recovery of the kinetic energy of the mass of the gases at their exit from the chamber 1, is obviously a function of the thermal energy released.
The same phenomenon occurs whenever a fluid mass relaxes by sudden rupture of equilibrium.
The present invention is based on the application of these remarks with a view to improving the efficiency of internal combustion engines.
If in fact it is assumed that the chamber 1 considered above in the basic experiment constitutes the cylinder of an internal combustion engine, the results obtained by using vacuum will be as follows: 10 Better emptying of gases, since the return wave, stopped by the valve 6 placed on the exhaust port, cannot reenter the cylinder; 20 Better filling due to the low residue of the burnt gases;
30 Possibility of aspiration by the vacuum produced in the cylinder during each escaping of the burnt gases; 41) In the case of engines at. gas sweep, automatic cylinder sweep. In fig. 2, there is schematically shown the vertical section of a four-stroke engine cylinder according to the invention.
11 designates the cylinder of a four-stroke engine provided with the usual exhaust valve 12; the orifice on which the exhaust tube is ordinarily placed receives the end of a tube 13 closed at its other end by any obturator, a valve 14 for example, subjected to the action of a spring 15 - whose pressure and stroke can be adjusted by means of a screw 16 and which tends to apply the. valve on its seat.
The valve is intended to establish and close the communication between the tube 13 and a pipe 17 leading to the silencer, to the atmosphere, or to a tank. Intended to store the pressurized exhaust gases and able to supply a turbine, a low pressure cylinder of a compound engine, etc. When the valve 12 rises to allow the burnt gases to escape, the latter create a vacuum in the cylinder dre 11 and in the tube 13 and by lifting the valve 14 to go into the tube 17;
then this valve 14 closes: under the action of the spring 15 and the negative feedback wave, and it prevents the return of gases into the cylinder; . in this way the depression prevailing .in <B> the </B> cylinder 11 and: in the tube 13 is maintained to a degree which depends only on the precise execution of the organs and: on the energy contained in the flow of the flowing gases.
This: device: gives the possibility of making the engine work as if the exhaust were under a vacuum.
By stopping the harmful return of gases after they exit the cylinder, the efficiency of the engine will be increased because: The compression chamber can be filled with a large proportion of fresh gas; the total charge of the cylinder will be free of the greater part: of the burnt gases; these results are equivalent to overfeeding; 20 The absence of the work of flushing the burnt gases; <B> 30 </B> Work on the piston for atmospheric pressure existing in the crankcase.
It should be noted that there is no longer a need, in: the engines to which the invention will be applied, to provide for a delay as considerable as hitherto when the exhaust is closed. On the other hand, we can bring forward the opening of the admission. Likewise, the carburetor will be suitably modified so as to be able to deliver the desired quantity of fuel gas more rapidly in a time: large enough to ensure gasification before entering the cylinder.
The strong depression left in the cylinder by the escaped gaseous mass has the effect of imparting a high speed to the fresh gas through the carburetor and the intake duct as soon as the suction port is open; these fresh gases thus launched into the cylinder can compress there under the effect of the shock, but their pressure would drop immediately if they could, in part, be fed through the inlet port before it was closed and returned to the carburetor.
To oppose this return, provision is made to interlock in the intake duct a capture valve or check valve which allows the gas wave to pass towards the cylinder and closes it behind it. It is then possible to retain in the cylinder a greater mass of fresh gas at each intake and thus obtain supercharging of the engine without the use of a feed pump.
In the case of polycylindrical engines, a retaining or capturing device of the type described is preferably placed on each cylinder; it is, however, possible to group all the capture devices better according to the construction of the engine blocks, ensuring that the effects of successive detents do not cause disturbances in the common collectors.
The exhaust gases can be used: a) either by causing them to: deliver under pressure (turbine, compound engine, or all other devices, engines or others, using the pressurized gases); b) or, more simply, with a view to producing a silencer which, although restricting the gas outlet, does not reduce the efficiency of the engine.
The method described gives the possibility of a new mode of operation of two-stroke engines.
The carburetion chamber or the carburetor 18 (fig. 3) is connected: directly to the intake port 18a: for fresh gases, this being placed beyond the exhaust port 13a to from the cylinder head. The auxiliary mechanical power absorbing work being thus eliminated, there results a considerable simplification in the construction of the engine. The tube 13 is also fixed directly on the cylinder dre and the retaining shutter is constituted by a valve 19.
By placing itself in the most unfavorable case where the piston 20 is at its bottom dead center, if the engine is turned, the piston compresses the air contained therein in the cyli-11dre;
on the descent of the piston a certain portion of the air, all the greater as the movement is faster, is discharged by the device 13, 19, and there is a call for air by the carburetor 18. the light of admission is discovered; the mixture thus obtained is compressed, then expands and escapes, creating a depression which will produce a new admission of fresh gas and after a very small number of strokes of the piston, the quantity of fresh gas will be sufficient. health for the explosion to occur and the engine to start.
Each explosion and the trigger and the exhaust which follow produce - in the cylinder, as mentioned above, a sufficient vacuum for the cylinder to be fully filled with fresh gas and it should be noted that the piston first discovers the exhaust port 1'3a in an amount sufficient for the phenomenon to occur before the port 18a corresponding to the carburetor is discovered.
The engine power can be adjusted by throttling more or less the passage which communicates the carburetor with the cylinder, or by giving the desired section to the tube 13 or by varying the impulse and the stroke of the return spring 19a - of the pope 19.
In this new design -of the two-stroke engine the suction is done by the vacuum produced by the gases themselves.
This allows: a) direct feeding; b) the. supercharging by adding - a feed valve at any point in the cylinder; c) full filling of the cylinder capacity with fresh gases.
Further, in accordance with, FIG. 3, it is advantageous to give the head of the piston 20 a curved shape which channels the gases and directs the output wave towards the exhaust duct. The section of this duct between the automatic valve and the cylinder can be given a value such that the corresponding capacity 13 is substantially equal to that of the residual burnt gases after operation of the valve.
In particular, this duct may be constituted by a sleeve of short length which may or may not form a body with the cylinder and enclosing the retaining shutter.
When the device is applied to fresh air scavenging engines, such as Diesel or semi-Diesel, said scavenging can be produced only by the depression due to the presence of the valve preventing the return of the burnt gases.
Here again, it is possible to use the exhaust gases in the applications which have been reported for the four-stroke engine.
We can even conceive, finally, that we can use this living force of the burnt gases without disturbing in any way the operation of the engine; the burnt gases can be stored in any container where their pressure rises progressively by the successive explosions and there will thus be available a compressed fluid which can be used for various uses.
In addition, in two-stroke engines, in order to reduce the amount of fresh gas drawn in to the volume of the cylinder alone, as in four-stroke engines, it is conceivable that a shutter device which closes the orifice is employed, of the tube 13 at the time of aspiration on the carburettor and which can be combined with a second shutter which closes the orifice of the carburetor at the time of the exhaust.
This position: can be combined in the same way with the distributor liners for valves without valves.