Procédé de fonctionnement d'un appareil de combustion à combustion pulsatoire, et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé de fonctionnement d'un appareil. de com bustion à combustion pulsatoire comprenant une chambre de combustion avec laquelle communique un conduit, et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le procédé que comprend la présente invention est caractérisé en ce qu'une onde de raréfaction, engendrée au moyen d'une onde de compression, se propageant le long dudit conduit. et engendrée par une combustion dans ladite chambre, est. envoyée par le con duit vers cette chambre de fanon à l'atteindre lorsque la pression dans la. chambre a. dimi nué et. à contribuer ainsi au moins à faciliter l'introduction de la charge fraîche dans cette chambre de combustion, et en ce qu'une onde de compression, engendrée par la combustion, est.
réfléchie au moins partiellement en une onde de compression qui est envoyée vers la chambre de combustion de façon que cette onde, en atteignant cette chambre, y com prime la charge fraîche, introduite à la suite de ladite combustion, avant la combustion sui vante.
L'appareil que comprend l'invention est caractérisé par une chambre de combustion, par au moins un organe de commande d'une ouverture d'admission de la charge fraîche dans cette chambre, et par au moins un con duit en communication avec la chambre de combustion et agencé de façon qu'une onde de compression engendrée par une combus tion et se propageant le long de ce conduit engendre une onde de raréfaction se dépla çant dans ce conduit vers la chambre, de fa çon à l'atteindre lorsque la pression dans cette chambre a diminué et à contribuer ainsi au moins à faciliter l'introduction de la charge fraîche dans la chambre de combustion, et ca ractérisé, en outre, par des moyens pour ré fléchir partiellement au moins une onde de compression engendrée par la.
combustion en une onde de compression et pour renvoyer cette onde de compression résultante vers la chambre de combustion de façon que cette onde, en atteignant cette chambre, y com prime la charge fraîche, introduite à la suite de ladite combustion, avant. la combustion suivante.
Cet. appareil pourrait être agencé, par exemple, de façon à constituer un générateur de gaz moteurs chauds sous pression, ou en core de façon à constituer un propulseur à réaction.
L'appareil pourrait être mis en marche par exemple en utilisant pour provoquer une augmentation relativement brusque de pres sion dans la chambre de combustion, la déto nation d'une cartouche contenant une petite quantité d'explosif.
Le dessin illustre, à titre d'exemple, des formes d'exécution du procédé selon l'inven tion et représente, également. à. titre d'exem- ple, plusieurs formes d'exécution de l'appareil que comprend l'invention et servant à la mise en aeuvre de ces formes d'exécution du pro cédé.
Fig. 1 est une vue en élévation en coupe d'une partie de la première forme d'exécu tion de l'appareil, montrant la chambre de combustion de celle-ci.
Fig. 2 est une vue en plan par-dessus de la culasse représentée à la fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe d'une partie d'une variante de la forme d'exécution de la fig. 1.
Fig. 4 est une vue d'un détail d'une va riante de la forme d'exécution de la fi-. 1. Fig. 5 montre une partie d'une deuxième forme d'exécution de l'appareil.
Fig. 6 montre le conduit. de l'appareil de la fig. 1.
Fig. 7 et 8 montrent deux variantes de conduits, et fig. 9 et. 10 montrent deux variantes du conduit d'admission de l'appareil de la fig. 1. L'appareil représenté à la fig. 1 comprend une chambre de combustion avec une culasse 1 dans laquelle sont montées quatre soupapes d'admission automatiques 2 s'ouvrant vers la chambre de combustion à l'encontre de l'ac tion de ressorts. Le conduit d'admission 3 constitue un tube Venturi d'un carburateur comprenant un flotteur 4 et un gicleur 5. Une bougie 6 d'allumage est placée au milieu de la culasse 1 et est reliée par un fil conducteur 7 isolé au secondaire d'une bobine d'induction, non représentée.
Une interruption périodique du circuit primaire en synchronisme avec l'ac tion des gaz dans le conduit 25 communi quant avec la chambre de combustion est. effectuée par un rupteur 8. Une lame de res sort 10, portant un contact appartenant à une paire de contacts 9, est reliée à la masse par des vis 11. L'autre contact de cette paire est porté par une lame flexible 12 isolée, qui est connectée par un fil conducteur 13 à une borne du primaire de la bobine d'induction dont l'autre borne est reliée au pôle -I- de la batterie, le pôle - étant mis à la masse.
Lorsque la pression est faible à l'intérieur de la chambre de combustion, le ressort à lame 10 ouvre une petite soupape 14 dont la levée est réglée par la position d'un écrou bloqué par un contre-écrou 7..5. La tête de la soupape se déplace dans un logement 16 dans lequel elle reste, le jeu autour de ladite tête étant petit, de sorte qu'une petite quantité de gaz peut s'échapper. Lorsque la. soupape 14 est soulevée, les contacts 9 sont. appliqués l'un contre l'autre.
Lorsque la pression augmente dans la. chambre de combustion, la soupape est appliquée sur son siège et. provoque l'ou verture des contacts 9 commandant. le circuit primaire de l'allumage.
La mise en marche de l'appareil se fait à l'aide d'une cartouche d'explosif 17. Dans ce but., un percuteur 18 solidaire d'une tige de soupape 19 à laquelle est. fixée une tête 20 est monté dans une pièce 22 vissée sur une douille filetée 23 logeant la cartouche 17. Après avoir frappé sur la tête 20 pour en foncer le percuteur 18 dans la cartouche 17, la pression de gaz et un ressort 21 ramènent. la soupape contre son siège formé dans une pièce 22, de sorte qu'aucune fuite de gaz ne se produit. La pièce 22 peut être dévissée du support 23 pour permettre d'enlever la car touche brûlée et d'en placer une nouvelle. Une partie 24 qui relie la culasse 1 au conduit 25 présente un socle 26 au moyen duquel l'ap pareil peut être fixé sur un bâti.
La fig. 2 montre la disposition des quatre soupapes 2 d'admission et de la bougie d'al lumage 6. Les espaces prévus pour une circu lation d'eau sont indiqués en pointillés.
Le conduit 25 comprend (fig. 6) une par tie de section constante à. laquelle fait suite une partie conique allant en s'évasant. et. à l'extrémité éloignée de la. chambre de com bustion de laquelle est disposée une cloison présentant suie ouverture centrale de façon à constituer une diminution de la section trans versale du conduit. Cette ouverture commu nique avec un conduit. 27 amenant les gaz à. leur point d'utilisation, par exemple une tur bine ou -un réservoir d'emmagasinage.
Les dispositions et dimensions de l'appa reil étant choisies correctement, voici com ment il fonctionne: Les gaz provenant de l'explosion de la. car touche 17 effectuent par eux-mêmes le démar rage, en engendrant une onde de pression ini tiant le fonctionnement, comme il sera décrit ci-après. Comme, à part les soupapes d'admis sion 2 et le contacteur, aucune partie active n'est mobile, cette brusque élévation de pres sion n'a. aucun effet. nuisible.
Supposons maintenant. qu'une charge fraî che de mélange carburé ait été allumée dans la chambre de combustion. La combustion de cette charge engendre une onde de com pression qui se propage le long du conduit 25. Lorsque cette onde arrive dans la partie divergente du conduit 25, elle engendre, par expansion des gaz, une onde de raréfaction qui se dirige le long du conduit 25 vers la chambre de combustion.
Au moment de l'arri vée de l'onde de raréfaction dans la chambre de combustion, la pression dans celle-ci est tombée pratiquement à la valeur de la pres sion ambiante, de sorte que cette onde de ra réfaction fait. tomber la pression clans la cham bre en dessous de la pression ambiante, et ceci provoque l'ouverture des soupapes 2 à l'encontre de l'action des ressorts, la pression régnant dans le conduit. 3 étant alors supé rieure à la pression régnant dans la chambre de combustion, de sorte qu'une charge fraî che de mélange carburé est introduite dans cette chambre de combustion.
Lorsque L'onde de compression parcourant le conduit 25 vers l'extérieur arrive à l'extrémité de ce conduit, elle est réfléchie partiellement par la cloison située à cette extrémité, en une onde de com pression qui retourne vers la chambre de com bustion le long du conduit 25. Lorsque cette onde de compression pénètre dans cette cham bre, elle provoque la fermeture des soupapes 2, la compression de la charge fraîche qui vient de pénétrer dans la chambre et fait fonctionner l'interrupteur, ce qui provoque l'allumage de la charge fraîche, et le fonc tionnement décrit recommence. La partie co nique du conduit 25 pourrait être remplacée par une partie s'élargissant par gradins.
La longueur de la partie de section constante du conduit 25 est choisie de façon que l'onde de raréfaction ne parvienne à la chambre de com bustion que lorsque la pression dans cette der nière est. tombée à une valeur voisine de celle de la pression ambiante.
Les soupapes 2 doivent être aussi légères que possible et suffisamment résistantes pour supporter la pression de combustion maxi mum. Les tiges des soupapes sont courtes, car elles ne servent qu'au guidage de la tête qui peut être retenue vers le bas par des nervures faisant saillie dans la chambre de combus tion. On préfère prévoir un grand nombre de soupapes ayant mie faible levée.
Le conduit 25 pourrait, dans une variante, être remplacé par le dispositif représenté à la fig. 7, qui comprend un tuyau communiquant avec la chambre de combustion et qu'une cloi son divise en deux conduits 28 et 29 disposés côte à côte et communiquant chacun avec la chambre de combustion. Le conduit 29 com prend une partie de section constante, à la quelle fait suite une partie allant en s'éva sant et dont - l'extrémité est ouverte. Cette extrémité ouverte communique avec un con duit 30 menant les gaz à leur point d'utilisa tion.
Le conduit 28 présente une partie de section constante suivie d'une partie diver gente fermée à son extrémité par une cloison 31a, l'extrémité fermée du conduit 28 étant. plus éloignée de la chambre de combustion que l'extrémité ouverte extérieure du conduit 29. Le fonctionnement de cette variante est analogue à celui de l'appareil des fig. 1 et 6. L'onde de compression cheminant dans le con duit 29 engendre, par l'expansion des gaz dans la partie divergente et par l'extrémité ouverte de ce conduit., une onde de raréfaction qui retourne à la chambre de combustion et y provoque l'introduction de la charge fraîche.
L'onde de compression cheminant dans le con duit 28 est.réfléchie intégralement par l'ex trémité fermée de ce conduit et parvient à la chambre de combustion au moment où l'intro duction de la charge fraîche est terminée. La partie de paroi inclinée 31 adjacente à. la cloison 31a. a. pour effet que le front de l'onde réfléchie est moins raide que si la surface de réflexion était tout. entière normale à l'axe du conduit, et. ainsi la fermeture des soupapes par cetté onde de compression se fait plus douce ment.
Il est. évident que les longueurs des con- driits 28 et 29 doivent être telles que l'onde de compression réfléchie arrive à la chambre de combustion après l'onde de raréfaction à un intervalle de temps suffisant pour per mettre au remplissage provoqué par cette der nière d'avoir lieu correctement.
Dans une antre variante, le conduit 25 pourrait être remplacé par le dispositif repré senté à la fig. 8. Il comprend deux conduits, un long 32 de section transversale constante avec tune extrémité extérieure fermée et un conduit plus court 33 de section transversale constante sur une portion de sa longueur et divergente sur le reste, l'extrémité extérieure étant ouverte. Le conduit 32 est monté con- centriquement dans le conduit divergent et les deux conduits communiquent avec la chambre de combustion par leurs extrémités intérieures.
Un conduit. cylindrique de même diamètre ou de diamètre plus grand que l'extrémité ou verte du conduit 33 pourrait mener les gaz à leur point d'utilisation, par exemple à une turbine. Le fonctionnement est le même que celui de la variante présentant le dispositif de la fig. 7.
II est clair que dans les appareils décrits, l'onde de raréfaction augmente d'intensité à mesure que l'onde de compression qui l'en gendre avance le long de la partie divergente du conduit. Dans les variantes des fig. 7 et 8, cette intensité atteint son maximum à l'extré mité extérieure ouverte dudit conduit.
Il est facile de voir que dans les appa reils décrits, la vitesse de l'onde et la lon gueur du ou des conduits commandent les phases et la fréquence du cycle. Les moyens prévus pour produire des ondes de raréfaction et la réflexion des ondes de compression dé terminent la répartition de l'énergie totale mise en jeu dans le cycle, entre celle sortant du conduit ouvert avec le gaz de combustion et celle qui intervient pour introduire et com- primer la charge fraîche. Le degré de com pression doit. être tel qu'il donne la pression de combustion désirée polir le mélange cou bustible et l'intensité de l'onde de pression utilisée dans le cycle suivant.
Afin de per mettre un réglage des phases du cycle, le ou les conduits pourraient. être agencés de façon que l'on puisse modifier leur longueur effi cace. Il est, clair qu'une fois établies des con ditions de fonctionnement stables, l'énergie libérée à chaque cycle est la même et est di rectement proportionnelle à l'énergie absorbée sous forme de combustible.
Les moyens d'allumage peuvent être pla cés vers la paroi arrière de la chambre de com bustion, c'est-à-dire la plus éloignée de l'ori fice du ou des conduits, afin que la combus tion soit amorcée dans cette zone alors que l'onde de compression de retour commence à être réfléchie par cette paroi, afin d'assurer la formation par la combustion d'une onde de compression à front raide.
Si la combustion a lieu très brusquement (détonation) il se forme une onde de choc qui, en se déplaçant à travers la partie non encore brûlée de la charge fraîche provoque la détonation de cette partie.
Dans le cas des variantes des fig. 7 et 8 présentant des conduits distincts, il y a avan tage à prendre des dispositions pour que, dans la mesure du possible, l'onde de compression revenant à la chambre de combustion ne puisse pas passer d'un conduit dans l'autre sans être réfléchie et. inversée à la paroi d'ex trémité de la chambre de combustion. Les mêmes considérations sont applicables à l'onde de raréfaction de retour. Il est préférable polir cette raison que les deux conduits soient connectés à la chambre de combustion au même endroit.
Dans les appareils décrits, une partie de l'onde de raréfaction passe à. travers les ori fices commandés par les soupapes dans le con duit d'admission 3 et est réfléchie à l'extré mité ouverte de ce conduit, et l'autre partie sera réfléchie à l'extrémité intérieure de la chambre de combustion, cette dernière phase étant cependant pratiquement terminée avant que l'onde de compression réfléchie arrive et n'aura donc pas d'effet nuisible sérieux sur la fonction désirée du cycle.
Il y a lieu d'agencer les appareils décrits de façon que des ondes résiduelles ne puissent pas gêner la période de charge. L'onde de combustion qui suit étant. d'intensité beaucoup plus élevée, fait disparaître les effets rési duels. Le ou les conduits doivent présenter une variation régulière de section à l'endroit. où ils débouchent dans la chambre de com bustion, pour éviter des réflexions indési rables.
Il est évident, que l'agencement des appa reils décrits doit- être tel que l'onde de raré faction n'atteigne pas la chambre de combus tion avant que la pression dans celle-ci soit. tombée d'une quantité notable, car si elle l'atteignait avant, la pression dans la cham bre serait réduite, mais cette pression serait encore au-dessus de la pression ambiante et il n'y aurait, pas d'admission de la charge fraîche.
Lorsque les appareils décrits sont installés sur un avion ou une autre machine mobile, un véhicule, un bateau, etc., il y aura avantage à utiliser la vitesse due au mouvement en avant de la machine pour aider l'introduc tion de la charge fraîche. Si on désire impar tir un mouvement tourbillonnant à. la charge fraîche entrante, le conduit d'admission des appareils décrits et%ou les soupapes peuvent être munis de déflecteurs.
Dans une variante, le conduit. 3 pourrait. être remplacé par le conduit montré à la fig. 9, convenant particulièrement pour utili ser avantageusement la vitesse due au mou vement d'avancement de la machine, ou par celui représenté à la fig. 10, qui convient mieux à une machine fixe. Les appareils dé crits pourraient constituer des propulseurs à. réaction. Dans ce cas, le tuyau de sortie ne sera pas nécessaire.
Dans l'appareil des fig. 1 et 6, la chambre de combustion pourrait avoir de 12 à 16 cm de diamètre environ, la partie de section cons tante du conduit 25 le même diamètre et une longueur de 90 cm à 1 m 20 et la. partie éva- sée de ce conduit. atteindre un diamètre de 38 à 46 cm environ, à son extrémité, sur une longueur de 4 m 50. L'ouverture de la cloi son d'extrémité pourrait avoir environ 30 cm de diamètre et communiquer avec un tuyau de 1 m 80 de long de même diamètre.
Dans la variante selon la fig. 8, les deux conduits ont la même aire, en section trans versale, à l'endroit de la chambre de combus tion, le conduit ouvert présentant une partie évasée dont la divergence est de l'ordre indi qué ci-dessus et dont la longueur est de 4 m 20 environ, et le conduit fermé ayant une longueur de 5 m 70 environ. Le conduit fermé étant cylindrique présente l'avantage d'éviter ainsi les expansions qui apparaî traient dans un conduit divergent. Dans la variante de la fig. 7, la divergence est de l'ordre indiqué ci-dessus pour une longueur de 4 m 20 environ à l'extrémité ouverte et 5 m 70 environ à l'extrémité fermée.
Dans l'appareil des fig. 1 et 6, la quantité de combustible fournie par le jet. 5 pourrait être réglable ou bien on pourrait régler l'ali mentation en mélange carburé par une vanne papillon. On pourrait aussi agencer l'appareil pour qu'il puisse être alimenté au moyen de combustible gazeux ou solide.
Dans une variante de l'appareil décrit, l'introduction du combustible pourrait se faire par injection dans la charge d'air frais intro duite dans la chambre de combustion par les soupapes 2, l'allumage se faisant par compres sion. Par exemple, le combustible pourrait être élevé à la pression d'injection par une pompe séparée et l'appareil pourvu d'un dis positif sensible à la pression amorçant l'injec tion, la durée de cette injection étant com mandée par n'importe quel dispositif mécani que, électrique ou hydraulique, qui, lorsqu'il est actionné, fonctionne pendant un temps prédéterminé et réglable et, s'arrête ensuite jusqu'à ce qu'il soit de nouveau actionné de la même manière.
Dans une autre variante, on pourrait in jecter le combustible dans la charge d'air frais au moyen d'une pompe d'injection compre nant une chambre de pompe munie de sou- papes d'admission et de décharge et fermée par un diaphragme flexible soumis, par exem ple, à la pression régnant dans la chambre de combustion, la flèche de ce diaphragme étant limitée par une butée réglable.
Un dispositif sensible à la direction et à l'intensité du mouvement de l'onde de com pression pourrait aussi être utilisé au lieu du dispositif sensible à la pression pour comman der l'allumage dans le cas de l'appareil des fig. 1 et 6 ou l'injection dans le cas des va riantes décrites, ce dispositif pouvant être agencé, comme les dispositifs sensibles à la pression décrits, de façon à pouvoir être ré glés soit manuellement, soit automatiquement.
Dans une variante de l'appareil des fig. 1 et 6, on pourrait utiliser, au lieu de l'allu mage par étincelle, l'allumage par compres sion du mélange carburé par l'onde de com pression revenant à la chambre de combus tion, puisque l'allumage n'a pas besoin d'être réglé de façon précise par rapport à la posi tion d'un piston mobile ou autre mécanisme, tandis que l'élévation de pression à peu près incontrôlée peut n'avoir aucun effet nuisible du fait de l'absence de parties mécaniques mobiles.
Ce genre d'appareil est extrêmement sim ple et ne nécessite qu'un équipement auxi liaire minimum.
Un tel appareil peut fonctionner avec une combustion satisfaisante, même si des combus tibles de qualité d'allumage inférieure sont utilisés.
Dans une autre variante de l'appareil des fig. 1 et 6, la commande du circuit électrique ou de l'injection pourrait être effectuée par une des soupapes d'admission, provoquant l'allumage ou l'injection lorsqu'elle se feigne. De cette manière, l'alllunage ou le commence ment de l'injection de combustible peut être réglé de manière à apparaître dès que ladite soupape d'admission a été fermée par l'onde de compression de retour, réglage qui est approprié pour le départ de la combustion.
Dans une variante, on pourrait utiliser des soupapes d'admission actionnées desmodromi- quement, et pouvant être commandées par un dispositif sensible à la. pression semblable à ceux décrits pour la commande de l'injection. Par exemple, le dispositif sensible à la pres sion pourrait, dans une telle variante, com mander l'ouverture des soupapes, tandis que la fermeture serait. effectuée automatiquement par l'action directe sur ces soupapes de l'aug mentation de pression dans la chambre de combustion due à la compression provoquée par l'onde de retour.
Dans une autre variante encore, l'admission pourrait être commandée par un tiroir cylindrique léger, tel que celui de la fig. 3, ou par des soupapes à manchon disposés de telle manière que l'onde de com pression de retour déplace le tiroir ou les sou papes, de manière à fermer les lumières d'ad mission, ce tiroir ou ces soupapes étant. main tenus fermés par la pression de combustion et étant sollicités par une pression de gaz ou par ressort. à s'ouvrir dès que la pression de la chambre de combustion tombe à une valeur déterminée.
La variante de l'appareil des fig. 1 à 6 re présentée à la fig. 3 comprend un tiroir la, commandant l'admission d'air et qui est. ou vert et fermé par des pressions de gaz.
Dans la position représentée, des lumières d'air 2a disposées tangentiellement pour don ner naissance à un tourbillon, sont fermées par le tiroir la, qui présente des anneaux 4a destinés à former un joint. étanche. Un autre anneau 5a empêche l'échappement des gaz vers le passage 6ca. Dans cette position, l'in jection de combustible et la combustion ont lieu, l'allumage étant réalisé par compression dans cette variante.
Un conduit 25a analo gue ait conduit 25 (fig. 6) communique avec la chambre de combustion et en un point de ce conduit est. branché un conduit auxiliaire 7a, le long duquel se propage une onde de compression formée par l'onde engendrée par la combustion qui se déplace le long du con duit 25a. Cette onde de compression arrive au tiroir la au moment, où la pression dans la chambre de combustion est, faible et exerce une pression élevée sur ce tiroir qui s'ouvre rapidement pour permettre l'introduction d'air à partir d'un tuyau d'admission 19a et d'une ceinture d'air 20a qui alimente toutes les lumières 2a.
En atteignant. la position ou verte, le tiroir bitte contre un épaulement 9a formé par une partie vissée 7.0a à laquelle est fixé le conduit principal 25a. Les lumières 1b du tiroir sont découpées tangentiellement pour correspondre aux lumières 2a et favoriser la formation du tourbillon d'air entrant. Après la période d'admission, la soupape est. fermée par l'onde de compression revenant à la chambre de combustion. Le fonctionnement. est le même que celui de l'appareil des fig. 1 et 6, l'onde de raréfaction engendrée dans la partie diver gente du conduit 25a revenant à la chambre de combustion pour provoquer l'introduction de la charge fraîche qui est ensuite comprimée par l'onde de compression réfléchie.
La lon gueur du conduit auxiliaire 7a doit. être plus grande que la longueur du conduit principal <I>25a</I> du point de jonction à la culasse de la chambre de combustion. De cette manière, lorsque l'onde de compression de retour atteint la jonction des deux conduits, la par tie principale de l'onde qui passe le long du conduit. principal atteint et Ternie le tiroir la avant que la partie plus petite de l'onde qui passe le long du conduit auxiliaire agisse sur la face arrière de ce tiroir. En outre, du fait de la combustion qui se développe dans la chambre de combustion à ce moment, une augmentation considérable de pression appa raît dans cette chambre avant que l'onde de compression se déplaçant dans le conduit auxi liaire atteigne le tiroir 1a.
Une pompe 11a fournit du combustible à travers une conduite 12a à un injecteur 13a présentant une tuyère 14a. Cette pompe 11a est actionnée par un piston 15a soumis à la. pression dans la chambre de combustion. L'ar rivée de l'onde de compression de retour dans cette chambre actionne le piston 15a et l'in jection du combustible a lieu dans la charge d'air frais comprimée par cette onde. Le mou vement du piston est limité aux deux extré mités de son parcours, comme représenté.
Lorsque la pression dans la chambre de com bustion tombe, le piston 15a retourne à la position intérieure, en aspirant une nouvelle charge de combustible, sous l'action d'un res sort, non représenté, prévu dans la pompe 11a.
Deux entrées d'eau 16a sont prévues pour les chemises d'eau de refroidissement, ainsi que deux sorties 17a.
La partie vissée 10a est refroidie de Tacon semblable. Un joint calorifuge 18a est ajusté entre cette partie 10a et le conduit 25a., qui est. non refroidi.
Si, lors du fonctionnement d'un des appa reils décrits, la différence de pression entre la chambre de combustion et l'extérieur était. insuffisante pour effectuer 'le degré de rem plissage requis pendant la durée de charge disponible, par exemple, lorsque cet appareil marche à une fréquence très élevée, on peut munir un tel appareil d'un compresseur d'ali mentation, sans modifier le cycle décrit ou sans nuire à celui-ci. L'onde de raréfaction ayant pour effet d'abaisser la pression dans la chambre de combustion pendant. la période de charge, le compresseur ne sera nécessaire que pour fournir la charge fraîche à l'encontre de ladite basse pression.
On peut utiliser, par conséquent, une souf flante à basse pression avec les simplifications et la réduction du coût qui en résultent.. Une telle soufflante n'absorbe qu'une faible puis sance.
Dans les appareils décrits, du combustible ne peut. être perdu ou gaspillé que s'il est dé chargé non complètement brûlé à partir de l'extrémité ouverte du conduit de décharge, mais ceci est extrêmement peu probable avec le procédé décrit.
Une variante de l'appareil décrit pourrait être agencée de manière à constituer un géné rateur de gaz de combustion sous pression. Dans cette variante, l'extrémité extérieure du conduit. 25 serait fermée complètement et la culasse pourvue d'une soupape de décharge telle que celle représentée en fig. 4, et rempla çant une des quatre soupapes d'admission 2.
Avec cette disposition, lorsque la combus tion apparaît, une onde de compression engendrée par la combustion se propage vers l'extérieur le long du conduit 25, l'onde de raréfaction qui provient de la partie div er- gente de ce dernier effectuant l'admission de la charge fraîche. Cette onde de compression est réfléchie à l'extrémité fermée et retourne pour effectuer la compression de la charge fraîche pour le cycle suivant.. Les gaz sous pression engendrés par la combustion passent à travers L'orifice commandé par la soupape de décharge et sont conduits à un point d'uti lisation ou d'emmagasinage.
Le degré de dé charge des gaz à travers la soupape d'échap pement, la longueur du conduit 25 et le ré glage de l'arrivée de l'onde de raréfaction à la soupape d'admission, doivent être tels que la pression dans la chambre de combustion soit pratiquement la pression ambiante avant que lesdites ondes de raréfaction arrivent. La pression d'évacuation dans ce cas sera une moyenne entre la pression de combustion maximiun et la pression d'ouverture minimiun prédéterminée de la soupape de décharge ou de la pression du réservoir.
Si le débit se fait dans un réservoir vide ou à basse pression, la soupape de décharge doit être chargée par ressort, comme repré senté, ou poussée d'une autre façon dans la position fermée, suffisamment pour permettre à une pression de compression satisfaisante d'être établie par l'onde de retour réfléchie et d'assurer une bonne combustion.
On pourrait agencer l'appareil de façon que cette charge par ressort puisse être ré duite lorsque la pression du réservoir aug mente, par exemple en faisant agir la pression du réservoir sur iui piston relié à. la soupape de décharge, de telle sorte que la charge totale sur la soupape de décharge ne dépasse jamais celle requise pour permettre une compression satisfaisante. La pression du réservoir peut dépasser la pression de compression requise. Dans une variante, la soupape de décharge semblable à celle représentée en fig. 4 pour rait être montée en un point donné du con duit 25,
la pression moyenne de décharge dé pendant de la position de la soupape de dé charge le long du conduit.
Un tel appareil pourrait être utilisé pour charger ou balayer un moteur à combustion interne avec du gaz à une pression légère- ment supérieure à la pression ambiante. Dans ce cas, on fera fonctionner l'appareil en utili sant seulement une petite proportion de la charge totale d'air pour la. combustion, et la dilution résultante de l'air sera si faible que le mélange sera. satisfaisant pour le but pro posé.
Une autre variante de l'appareil des fi-. 1 à 6 pourrait être munie d'un petit tube laté ral disposé perpendiculairement au conduit 25 et débouchant par exemple dans la chambre de combustion ou dans le conduit 25, l'extré mité de ce tube comprenant une soupape d'échappement et de l'air étant admis dans le dit tube à partir d'un orifice commandé par une soupape d'admission.
Lorsque la. phase de dépression apparaît. dans la chambre de combustion de cette va riante, de l'air est. aspiré dans le petit tube à travers la soupape d'admission et lorsque la. phase de pression au-dessus de la pression am biante apparaît, l'air est. comprimé et débité à travers la. soupape d'échappement. La pres sion moyenne d'échappement et la quantité d'air aspirée dépendent des pressions cycli ques au point de connexion choisi.
Si de l'air comprimé pur est nécessaire, la longueur du petit tube doit. être telle que, pendant la phase de pression, des gaz d'échap pement n'atteignent pas la soupape d'échappe ment de ce tube. Cette disposition assure le fonctionnement des soupapes d'admission et. d'échappement. du petit tube à taie tempéra ture qui n'est pas trop élevée.
L'appareil représenté à. la fi-. 5 est. un compresseur d'air comprenant un conduit addi tionnel 1b placé en alignement axial avec le conduit principal 2b qui est conformé comme le conduit 25 de la fig. 6, mais sur l'autre côté de la chambre de combustion 3b. Ce conduit lb est muni à son extrémité fermée d'une sou pape d'admission 4b et d'une soupape d'échap pement 5b pour l'admission et l'échappement d'air, dont une petite partie seulement prend part à la combustion.
Les gaz de combustion sont déchargés par l'extrémité ouverte éloi gnée de la chambre 3a du conduit 2b alors que de l'air pur est débité sous pression à tra- vers la soupape d'échappement 5b. Pour des raisons de clarté, on a représenté une seule soupape d'admission, mais deux autres pour raient être prévues pour l'admission et deux pour l'échappement. Les deux soupapes d'ad mission et, d'échappement sont du type léger automatique chargé par ressort.
La chambre de combustion 3b est munie d'un injecteur 6b, d'une pompe d'injection 7b et d'un piston 8b actionnant cette pompe, comme décrit. dans le cas de la variante de la fig. 3. Dans les fig. 3 et 5, la pompe d'injec tion et le support. de la tuyère sont représen tés opposés l'un à l'autre, de sorte que les deux peuvent. être représentés dans la même vue, mais il sera en général préférable de les placer l'un à côté de l'autre et d'éviter une longue conduite d'injection, à moins que cette dernière soit. nécessaire pour produire une action retardée.
Le réglage de la quantité de combustible injectée est réalisé par un organe de commande 9b. La chambre de combustion est refroidie par eau. Le conduit principal 2b et. une partie du conduit additionnel la sont revêtus d'une matière 10b isolante de la eha- 1 eur.
[)ans cette disposition, la longueur et le volume du conduit. additionnel doivent être tels que lorsque la charge fraîche est compri mée par l'onde de compression de retour ré fléchie par la cloison d'extrémité du conduit 2b (voir fig. <B>6),</B> elle est contenue pratique ment. dans ledit conduit additionnel et la chambre de combustion.
Lorsque la combustion apparaît, une onde de compression se déplace le long du conduit 2b et engendre dans ce conduit l'onde de raré faction qui revient à la chambre 3b et provo que l'introduction d'une charge fraîche dans le conduit l b et cette chambre. Une onde de compression engendrée par la combustion se déplace dans le conduit l b pour comprimer la charge d'air en excès et pour la faire sortir des soupapes d'échappement dans le récipient approprié ou réservoir.
L'onde de compres sion dans le conduit 2b est réfléchie en partie et. l'onde de compression résultante revient. à la chambre 3b pour comprimer la charge frai- che contenue dans cette chambre et le conduit lb et pour actionner le piston 8b initiant ainsi la combustion suivante. Le réglage de la soupape d'échappement .5b peut se faire comme décrit précédemment.
Dans une variante de l'appareil de la fig. 5, on pourrait remplacer la pompe 7b et l'injecteur 6b par une soupape d'admission additionnelle commandant une ouverture mé nagée dans le côté de la chambre de eonibus- t.ion à l'extrémité de celle-ci adjacente au con duit. principal 'b et communiquant. avec un carburateur. L'onde de raréfaction effectuera dans ces conditions une admission satisfai sante de mélange carburé à travers cette sou pape et d'air pur à travers la soupape 4b.
Method of operating a combustion apparatus with pulsating combustion, and apparatus for carrying out this method. The present invention includes a method of operating an apparatus. combustion chamber with pulsating combustion comprising a combustion chamber with which communicates a duct, and an apparatus for carrying out this process.
The method that the present invention comprises is characterized in that a rarefaction wave, generated by means of a compression wave, propagating along said conduit. and generated by combustion in said chamber, is. sent by the duct to this dewlap chamber to reach it when the pressure in the. chamber of. decreased and. thus contributing at least to facilitating the introduction of the fresh charge into this combustion chamber, and in that a compression wave, generated by the combustion, is.
reflected at least partially in a compression wave which is sent to the combustion chamber so that this wave, on reaching this chamber, includes the fresh charge, introduced as a result of said combustion, before the following combustion.
The apparatus which the invention comprises is characterized by a combustion chamber, by at least one control member of an opening for admission of the fresh charge into this chamber, and by at least one duct in communication with the chamber. combustion and arranged so that a compression wave generated by combustion and propagating along this duct generates a rarefaction wave moving in this duct towards the chamber, so as to reach it when the pressure in this chamber has decreased and thus contribute at least to facilitate the introduction of the fresh charge into the combustion chamber, and ca ractérisé, moreover, by means for partially reflecting at least one compression wave generated by the.
combustion into a compression wave and to return this resulting compression wave to the combustion chamber so that this wave, on reaching this chamber, includes the fresh charge, introduced as a result of said combustion, before. the next combustion.
This. The apparatus could be arranged, for example, so as to constitute a generator of hot pressurized engine gases, or even so as to constitute a jet thruster.
The apparatus could be started, for example, by using, to cause a relatively sharp increase in pressure in the combustion chamber, the detonation of a cartridge containing a small quantity of explosive.
The drawing illustrates, by way of example, embodiments of the method according to the invention and also represents. at. By way of example, several embodiments of the apparatus which the invention comprises and serving for the implementation of these embodiments of the process.
Fig. 1 is a sectional elevational view of part of the first embodiment of the apparatus, showing the combustion chamber thereof.
Fig. 2 is a top plan view of the cylinder head shown in FIG. 1.
Fig. 3 is a sectional view of part of a variant of the embodiment of FIG. 1.
Fig. 4 is a view of a detail of a variant of the embodiment of the fi. 1. Fig. 5 shows part of a second embodiment of the apparatus.
Fig. 6 shows the conduit. of the apparatus of FIG. 1.
Fig. 7 and 8 show two variants of conduits, and fig. 9 and. 10 show two variants of the inlet duct of the apparatus of FIG. 1. The apparatus shown in fig. 1 comprises a combustion chamber with a cylinder head 1 in which are mounted four automatic intake valves 2 opening towards the combustion chamber against the action of the springs. The intake duct 3 constitutes a Venturi tube of a carburetor comprising a float 4 and a nozzle 5. A spark plug 6 is placed in the middle of the cylinder head 1 and is connected by a conducting wire 7 insulated to the secondary of an induction coil, not shown.
A periodic interruption of the primary circuit in synchronism with the action of the gases in the duct 25 communicating with the combustion chamber is. effected by a breaker 8. A res leaf 10, carrying a contact belonging to a pair of contacts 9, is connected to ground by screws 11. The other contact of this pair is carried by an insulated flexible blade 12, which is connected by a conductive wire 13 to a terminal of the primary of the induction coil, the other terminal of which is connected to the pole -I- of the battery, the pole - being grounded.
When the pressure is low inside the combustion chamber, the leaf spring 10 opens a small valve 14, the lift of which is regulated by the position of a nut locked by a lock nut 7..5. The head of the valve moves into a housing 16 in which it remains, the clearance around said head being small, so that a small amount of gas can escape. When the. valve 14 is raised, contacts 9 are. applied against each other.
When the pressure increases in the. combustion chamber, the valve is applied to its seat and. opens the contacts of the commander. the primary ignition circuit.
The device is started up using an explosive cartridge 17. For this purpose., A striker 18 integral with a valve rod 19 to which is. fixed a head 20 is mounted in a part 22 screwed on a threaded sleeve 23 housing the cartridge 17. After striking the head 20 to drive the striker 18 into the cartridge 17, the gas pressure and a spring 21 return. the valve against its seat formed in a part 22, so that no gas leakage occurs. The part 22 can be unscrewed from the support 23 to make it possible to remove the burnt key and place a new one. A part 24 which connects the cylinder head 1 to the duct 25 has a base 26 by means of which the apparatus can be fixed on a frame.
Fig. 2 shows the arrangement of the four inlet valves 2 and of the spark plug 6. The spaces provided for water circulation are shown in dotted lines.
The duct 25 comprises (Fig. 6) a portion of constant section to. which follows a conical part going by widening. and. at the far end of the. combustion chamber of which is arranged a partition having soot central opening so as to constitute a reduction in the transverse section of the duct. This opening communicates with a conduit. 27 bringing the throttle to. their point of use, for example a turbine or a storage tank.
The arrangements and dimensions of the appliance being correctly chosen, here is how it works: The gases resulting from the explosion of the. because button 17 carry out the starting by themselves, by generating a pressure wave initiating operation, as will be described below. As, apart from the inlet valves 2 and the contactor, no active part is movable, this sudden increase in pressure does not occur. no effect. harmful.
Now suppose. a fresh charge of fuel mixture has been ignited in the combustion chamber. The combustion of this charge generates a com pressure wave which propagates along the duct 25. When this wave arrives in the divergent part of the duct 25, it generates, by expansion of the gases, a rarefaction wave which is directed along the duct. duct 25 to the combustion chamber.
At the moment of the arrival of the rarefaction wave in the combustion chamber, the pressure in the latter has dropped to practically the value of the ambient pressure, so that this refraction wave does. drop the pressure in the chamber below the ambient pressure, and this causes the opening of the valves 2 against the action of the springs, the pressure prevailing in the duct. 3 then being greater than the pressure prevailing in the combustion chamber, so that a fresh charge of fuel mixture is introduced into this combustion chamber.
When the compression wave traveling through duct 25 to the outside arrives at the end of this duct, it is partially reflected by the partition located at this end, in a compression wave which returns to the combustion chamber on along duct 25. When this compression wave enters this chamber, it causes the closing of valves 2, the compression of the fresh charge which has just entered the chamber and operates the switch, which causes ignition. fresh load, and the described operation begins again. The conical part of the duct 25 could be replaced by a part which widens in steps.
The length of the portion of constant section of the duct 25 is chosen so that the rarefaction wave only reaches the combustion chamber when the pressure in the latter is. fallen to a value close to that of the ambient pressure.
The valves 2 should be as light as possible and strong enough to withstand the maximum combustion pressure. The valve stems are short because they only serve to guide the head which can be held down by ribs protruding into the combustion chamber. It is preferred to provide a large number of valves having low lift.
The duct 25 could, in a variant, be replaced by the device shown in FIG. 7, which comprises a pipe communicating with the combustion chamber and a partition its divides into two conduits 28 and 29 arranged side by side and each communicating with the combustion chamber. The conduit 29 com takes a part of constant section, to which follows a part going by flaring and whose end is open. This open end communicates with a conduit 30 leading the gases to their point of use.
The duct 28 has a portion of constant section followed by a divergent part closed at its end by a partition 31a, the closed end of the duct 28 being. further from the combustion chamber than the outer open end of duct 29. The operation of this variant is similar to that of the apparatus of FIGS. 1 and 6. The compression wave traveling in the duct 29 generates, by the expansion of the gases in the divergent part and by the open end of this duct., A rarefaction wave which returns to the combustion chamber and y causes the introduction of the fresh charge.
The compression wave traveling in the duct 28 is fully reflected by the closed end of this duct and reaches the combustion chamber when the introduction of the fresh charge is completed. The inclined wall portion 31 adjacent to. the partition 31a. at. the effect is that the front of the reflected wave is less steep than if the reflecting surface were all. integer normal to the axis of the duct, and. thus the closing of the valves by this compression wave is done more smoothly.
It is. evident that the lengths of the conduits 28 and 29 must be such that the reflected compression wave arrives at the combustion chamber after the rarefaction wave at a sufficient time interval to allow the filling caused by this last d 'take place correctly.
In another variant, the pipe 25 could be replaced by the device shown in FIG. 8. It comprises two conduits, a long 32 of constant cross section with a closed outer end and a shorter conduit 33 of constant cross section over a portion of its length and diverging over the rest, the outer end being open. The duct 32 is mounted concentrically in the divergent duct and the two ducts communicate with the combustion chamber through their interior ends.
A conduit. cylindrical of the same diameter or of a larger diameter than the end or green of the duct 33 could lead the gases to their point of use, for example to a turbine. The operation is the same as that of the variant presenting the device of FIG. 7.
It is clear that in the devices described, the rarefaction wave increases in intensity as the compression wave which generates it advances along the divergent part of the duct. In the variants of FIGS. 7 and 8, this intensity reaches its maximum at the open outer end of said duct.
It is easy to see that in the devices described, the speed of the wave and the length of the conduit or conduits control the phases and the frequency of the cycle. The means provided for producing rarefaction waves and the reflection of the compression waves determine the distribution of the total energy involved in the cycle, between that leaving the open duct with the combustion gas and that which intervenes to introduce and compress the fresh load. The degree of compression must. be such that it gives the desired combustion pressure to polish the mixture neck bustible and the intensity of the pressure wave used in the next cycle.
In order to allow adjustment of the phases of the cycle, the duct (s) could. be arranged so that their effective length can be changed. It is clear that once stable operating conditions are established, the energy released in each cycle is the same and is directly proportional to the energy absorbed in the form of fuel.
The ignition means can be placed towards the rear wall of the combustion chamber, that is to say the farthest from the orifice of the duct (s), so that combustion is initiated in this zone. whereas the return compression wave begins to be reflected by this wall, in order to ensure the formation by combustion of a compression wave with a steep front.
If the combustion takes place very suddenly (detonation) a shock wave is formed which, moving through the unburned part of the fresh charge, causes that part to detonate.
In the case of the variants of FIGS. 7 and 8 having separate ducts, it is advantageous to take measures so that, as far as possible, the compression wave returning to the combustion chamber cannot pass from one duct to the other without be thoughtful and. inverted at the end wall of the combustion chamber. The same considerations apply to the return rarefaction wave. It is better to polish this because both ducts are connected to the combustion chamber in the same place.
In the devices described, part of the rarefaction wave passes through. through the orifices controlled by the valves in the intake duct 3 and is reflected at the open end of this duct, and the other part will be reflected at the inner end of the combustion chamber, the latter phase however, being substantially complete before the reflected compression wave arrives and therefore will not have a serious detrimental effect on the desired cycle function.
The devices described should be arranged so that residual waves cannot interfere with the charging period. The following combustion wave being. of much higher intensity, eliminates the residual effects. The duct (s) must have a regular variation of cross section upright. where they open into the combustion chamber, to avoid unwanted reflections.
It is evident that the arrangement of the apparatuses described must be such that the rare faction wave does not reach the combustion chamber before the pressure therein is. fallen by a noticeable amount, because if it reached it before, the pressure in the chamber would be reduced, but this pressure would still be above the ambient pressure and there would be no admission of the load fresh.
When the devices described are installed on an airplane or other mobile machine, vehicle, boat, etc., it will be advantageous to use the speed due to the forward movement of the machine to aid the introduction of the fresh load. . If one wishes to impar shoot a swirling movement at. the incoming fresh load, the inlet duct of the devices described and% or the valves may be provided with baffles.
In a variant, the conduit. 3 could. be replaced by the duct shown in fig. 9, particularly suitable for using advantageously the speed due to the forward movement of the machine, or by that shown in FIG. 10, which is more suitable for a stationary machine. The devices described could constitute propellants for. reaction. In this case, the outlet pipe will not be necessary.
In the apparatus of FIGS. 1 and 6, the combustion chamber could be about 12 to 16 cm in diameter, the constant section part of the duct 25 the same diameter and a length of 90 cm to 1 m 20 and the. flared part of this duct. reach a diameter of about 38 to 46 cm, at its end, over a length of 4.50 m. The opening of the end wall could be about 30 cm in diameter and communicate with a pipe 1.80 m long of the same diameter.
In the variant according to FIG. 8, the two ducts have the same area, in cross section, at the location of the combustion chamber, the open duct having a flared part, the divergence of which is of the order indicated above and whose length is about 4 m 20, and the closed duct having a length of about 5 m 70. The closed duct being cylindrical has the advantage of thus avoiding the expansions which appear in a divergent duct. In the variant of FIG. 7, the divergence is of the order indicated above for a length of approximately 4 m at the open end and approximately 5 m at the closed end.
In the apparatus of FIGS. 1 and 6, the quantity of fuel supplied by the jet. 5 could be adjustable or the fuel mixture supply could be regulated by a butterfly valve. The apparatus could also be arranged so that it can be supplied by means of gaseous or solid fuel.
In a variant of the apparatus described, the fuel could be introduced by injection into the charge of fresh air introduced into the combustion chamber by the valves 2, the ignition taking place by compression. For example, the fuel could be raised to injection pressure by a separate pump and the apparatus provided with a pressure-sensitive device initiating the injection, the duration of this injection being controlled by anyone. which mechanical device, electric or hydraulic, which, when activated, operates for a predetermined and adjustable time and then stops until it is again activated in the same way.
In another variant, the fuel could be injected into the fresh air charge by means of an injection pump comprising a pump chamber provided with inlet and discharge valves and closed by a flexible diaphragm. subjected, for example, to the pressure prevailing in the combustion chamber, the deflection of this diaphragm being limited by an adjustable stop.
A device sensitive to the direction and intensity of the movement of the pressure wave could also be used instead of the pressure sensitive device to control the ignition in the case of the apparatus of FIGS. 1 and 6 or injection in the case of the variants described, this device being able to be arranged, like the pressure-sensitive devices described, so as to be able to be adjusted either manually or automatically.
In a variant of the apparatus of FIGS. 1 and 6, instead of spark ignition, compression ignition of the fuel mixture by the com pressure wave returning to the combustion chamber could be used, since the ignition did not need to be precisely adjusted in relation to the position of a movable piston or other mechanism, while the almost uncontrolled pressure rise may have no deleterious effect due to the absence of mechanical parts mobile.
This type of device is extremely simple and requires minimal auxiliary equipment.
Such an apparatus can operate with satisfactory combustion even if fuels of inferior ignition quality are used.
In another variant of the apparatus of FIGS. 1 and 6, the control of the electrical circuit or of the injection could be carried out by one of the intake valves, causing the ignition or the injection when it is feigned. In this way, the alllunage or the start of fuel injection can be set so as to appear as soon as said inlet valve has been closed by the return compression wave, which setting is appropriate for the start. of combustion.
Alternatively, one could use desmodromically actuated intake valves, which can be controlled by a device responsive to the. pressure similar to those described for the injection control. For example, the pressure sensitive device could, in such a variant, command the opening of the valves, while the closing would be. carried out automatically by the direct action on these valves of the pressure increase in the combustion chamber due to the compression caused by the return wave.
In yet another variant, the admission could be controlled by a light cylindrical slide, such as that of FIG. 3, or by sleeve valves so arranged that the return com pressure wave moves the spool or valves, so as to close the inlet ports, this spool or valves being. hand held closed by combustion pressure and being biased by gas pressure or by spring. to open as soon as the pressure in the combustion chamber drops to a determined value.
The variant of the apparatus of FIGS. 1 to 6 re presented in fig. 3 includes a drawer, controlling the air intake and that is. or green and closed by gas pressures.
In the position shown, air vents 2a disposed tangentially to give birth to a vortex, are closed by the slide 1a, which has rings 4a intended to form a seal. waterproof. Another ring 5a prevents the escape of gases to the passage 6ca. In this position, fuel injection and combustion take place, ignition being achieved by compression in this variant.
A duct 25a analogous to duct 25 (Fig. 6) communicates with the combustion chamber and at a point of this duct is. connected an auxiliary duct 7a, along which propagates a compression wave formed by the wave generated by the combustion which moves along the duct 25a. This compression wave arrives at the drawer at the moment when the pressure in the combustion chamber is low and exerts a high pressure on this drawer which opens rapidly to allow the introduction of air from a pipe d. 'intake 19a and an air belt 20a which feeds all the lights 2a.
By reaching. the or green position, the bitt drawer against a shoulder 9a formed by a screwed part 7.0a to which the main duct 25a is fixed. The slots 1b of the drawer are cut tangentially to match the slots 2a and promote the formation of the incoming air vortex. After the intake period, the valve is. closed by the compression wave returning to the combustion chamber. The operation. is the same as that of the apparatus of FIGS. 1 and 6, the rarefaction wave generated in the diverging part of the duct 25a returning to the combustion chamber to cause the introduction of the fresh charge which is then compressed by the reflected compression wave.
The length of the auxiliary duct 7a must. be greater than the length of the main duct <I> 25a </I> from the junction point to the cylinder head of the combustion chamber. In this way, when the return compression wave reaches the junction of the two conduits, the main part of the wave passes along the conduit. main reaches and tarnishes the drawer 1a before the smaller part of the wave which passes along the auxiliary duct acts on the rear face of this drawer. Furthermore, due to the combustion which is developing in the combustion chamber at this time, a considerable increase in pressure occurs in this chamber before the compression wave traveling in the auxiliary duct reaches the spool 1a.
A pump 11a supplies fuel through a pipe 12a to an injector 13a having a nozzle 14a. This pump 11a is actuated by a piston 15a subjected to the. pressure in the combustion chamber. The arrival of the return compression wave in this chamber actuates the piston 15a and the injection of fuel takes place in the charge of fresh air compressed by this wave. The movement of the piston is limited to both ends of its path, as shown.
When the pressure in the combustion chamber drops, the piston 15a returns to the internal position, sucking a new load of fuel, under the action of a res out, not shown, provided in the pump 11a.
Two water inlets 16a are provided for the cooling water jackets, as well as two outlets 17a.
The screwed part 10a is cooled by similar Tacon. A heat-insulating seal 18a is fitted between this part 10a and the duct 25a., That is. uncooled.
If, during the operation of one of the devices described, the pressure difference between the combustion chamber and the outside was. insufficient to achieve the degree of filling required during the available charging time, for example, when this apparatus operates at a very high frequency, such an apparatus can be fitted with a supply compressor, without modifying the cycle described or without harming it. The rarefaction wave having the effect of lowering the pressure in the combustion chamber during. during the charging period, the compressor will only be needed to supply the fresh charge against said low pressure.
A low pressure blower can therefore be used with the resulting simplifications and reduction in cost. Such a blower absorbs only a small power.
In the devices described, fuel cannot. be lost or wasted only if it is unloaded not completely burned from the open end of the discharge conduit, but this is extremely unlikely with the method described.
A variant of the apparatus described could be arranged so as to constitute a pressurized combustion gas generator. In this variant, the outer end of the duct. 25 would be closed completely and the cylinder head provided with a relief valve such as that shown in FIG. 4, and replacing one of the four intake valves 2.
With this arrangement, when combustion occurs, a compression wave generated by the combustion propagates outwardly along the duct 25, the rarefaction wave which originates from the divergent part of the latter effecting the admission of fresh charge. This compression wave is reflected at the closed end and returns to effect compression of the fresh charge for the next cycle. Pressurized gases generated by combustion pass through the orifice controlled by the relief valve and are conducted at a point of use or storage.
The degree of gas discharge through the exhaust valve, the length of the duct 25 and the adjustment of the arrival of the rarefaction wave to the intake valve, must be such that the pressure in the exhaust valve. combustion chamber is practically ambient pressure before said rarefaction waves arrive. The discharge pressure in this case will be an average between the maximum combustion pressure and the predetermined minimum opening pressure of the relief valve or tank pressure.
If the flow is to an empty or low pressure tank, the relief valve should be spring loaded, as shown, or otherwise pushed into the closed position, enough to allow a satisfactory compression pressure to be achieved. 'be established by the reflected return wave and ensure good combustion.
The apparatus could be arranged so that this spring load can be reduced when the pressure in the reservoir increases, for example by causing the pressure in the reservoir to act on the piston connected to it. the relief valve, so that the total load on the relief valve never exceeds that required to allow satisfactory compression. Reservoir pressure may exceed the required compression pressure. In a variant, the relief valve similar to that shown in FIG. 4 could be fitted at a given point on pipe 25,
the average relief pressure depends on the position of the relief valve along the duct.
Such an apparatus could be used to charge or sweep an internal combustion engine with gas at a pressure slightly above ambient pressure. In this case, the appliance will be operated using only a small proportion of the total air charge for the. combustion, and the resulting dilution of air will be so small that the mixture will be. satisfactory for the proposed purpose.
Another variant of the apparatus of the fi-. 1 to 6 could be provided with a small lateral tube arranged perpendicular to the duct 25 and opening, for example, into the combustion chamber or into the duct 25, the end of this tube comprising an exhaust valve and the air being admitted into said tube from an orifice controlled by an inlet valve.
When the. phase of depression appears. air is in the combustion chamber of this variant. sucked into the small tube through the intake valve and when the. pressure phase above ambient pressure appears, air is. compressed and debited through the. exhaust valve. The average exhaust pressure and the amount of air drawn in depend on the cyclic pressures at the chosen connection point.
If pure compressed air is required, the length of the small tube should. be such that, during the pressure phase, exhaust gases do not reach the exhaust valve of this tube. This arrangement ensures the operation of the intake valves and. exhaust. of the small tube with a tempera ture which is not too high.
The apparatus shown at. the fi-. 5 is. an air compressor comprising an additional duct 1b placed in axial alignment with the main duct 2b which is shaped like the duct 25 of FIG. 6, but on the other side of the combustion chamber 3b. This duct lb is provided at its closed end with an intake valve 4b and an exhaust valve 5b for the intake and exhaust of air, only a small part of which takes part in combustion. .
The combustion gases are discharged through the open end remote from the chamber 3a of the duct 2b while clean air is supplied under pressure through the exhaust valve 5b. For reasons of clarity, a single intake valve has been shown, but two others could be provided for the intake and two for the exhaust. Both inlet and exhaust valves are of the automatic spring loaded light type.
The combustion chamber 3b is provided with an injector 6b, an injection pump 7b and a piston 8b actuating this pump, as described. in the case of the variant of FIG. 3. In fig. 3 and 5, the injection pump and the support. of the nozzle are shown opposite to each other, so that both can. be shown in the same view, but it will generally be preferable to place them next to each other and avoid a long injection line, unless the latter is. necessary to produce delayed action.
The amount of fuel injected is adjusted by a control member 9b. The combustion chamber is water cooled. The main duct 2b and. part of the additional duct 1a are coated with a material 10b which insulates the height.
[) In this arrangement, the length and volume of the duct. additional load must be such that when the fresh load is compressed by the return compression wave reflected by the end partition of the duct 2b (see fig. <B> 6), </B> it is practically contained . in said additional duct and the combustion chamber.
When combustion occurs, a compression wave travels along the duct 2b and generates in this duct the rare faction wave which returns to the chamber 3b and causes the introduction of a fresh charge into the duct lb and this bedroom. A compression wave generated by the combustion travels through conduit 1 b to compress the excess air charge and to force it out of the exhaust valves into the appropriate container or reservoir.
The compression wave in the duct 2b is partly reflected and. the resulting compression wave returns. to the chamber 3b to compress the fresh charge contained in this chamber and the conduit lb and to actuate the piston 8b thus initiating the next combustion. The adjustment of the exhaust valve .5b can be done as described previously.
In a variant of the apparatus of FIG. 5, the pump 7b and the injector 6b could be replaced by an additional inlet valve controlling an opening made in the side of the discharge chamber at the end of the latter adjacent to the duct. principal 'b and communicating. with a carburetor. The rarefaction wave under these conditions will effect a satisfactory admission of the fuel mixture through this valve and of pure air through the valve 4b.