Moteur à combustion interne La présente invention a pour objet un moteur à combustion interne polycylindrique comportant un compresseur d'alimentation entraîné par une turbine à gaz d'échappement, et des buses par lesquelles une partie au moins des gaz d'échappement est dé chargée des cylindres dans un conduit commun. Ce moteur pourrait être un moteur à quatre temps à allumage par étincelle ou pourrait être avantageuse ment un moteur Diesel à deux temps.
Le moteur selon la présente invention est carac térisé en ce que ce conduit commun a une section transversale augmentant dans le sens de l'écoulement et se termine à son extrémité aval par un diffuseur, ce conduit étant disposé dans une chambre en com munication permanente avec l'extrémité amont au moins dudit conduit commun.
Le dessin représente, à titre d'exemple, trois for mes d'exécution du moteur faisant l'objet de la pré sente invention.
La fig. 1 est une vue en plan schématique, partie en coupe, d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en élévation d'une deuxième forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue en coupe horizontale selon 4-4 de la fig. 2 et selon 4-4 de la fig. 4.
La fig. 4 est une vue en coupe verticale frag mentaire selon 5-5 de la fig. 4, et la fig. 5 est une vue en coupe schématique d'une troisième forme d'exécution.
Le moteur représenté à la fig. 1 est un moteur Diesel à deux temps, à huit cylindres, dans lequel les gaz d'échappement sont expulsés de chaque cylin dre à travers une ouverture de décharge unique. L'air fourni par le compresseur d'alimentation passe â travers un refroidisseur intermédiaire 43 de là, dans un collecteur d'admission 44. Les ouvertures d'échappement des cylindres sont représentées en 46. Un grand collecteur d'échappement 47 s'étend tout le long du moteur. Ce collecteur est muni d'un revêtement 48 et d'une isolation 49 intérieurs et il est extérieurement entouré d'une chemise d'eau 50.
La chemise d'eau sert principalement à éliminer des différences de dilatation entre le moteur et le col lecteur et rend ainsi superflus des joints d'expansion.
A l'intérieur du collecteur 47 sont disposés des coudes d'échappement 51, un pour chaque cylindre, et ces coudes sont emboîtés les uns dans les autres, de manière à former un conduit 52 rectiligne et con tinu de section graduellement croissante à partir d'une des extrémités du moteur jusqu'à l'autre. Les ouvertures d'échappement 46 des cylindres commu niquent avec des buses 53 présentées par les coudes 51 et débouchant dans le conduit 52. Les buses 53 sont dimensionnées de manière que la partie de l'énergie d'échappement de chaque cylindre consti tuée par l'énergie de pression y soit transformée en énergie cinétique, de sorte qu'un écoulement à grande vitesse est ainsi maintenu à travers le con duit 52.
L'extrémité aval du conduit commun est formée par un diffuseur 54 réduisant la vitesse élevée des gaz circulant dans le conduit 52 et convertissant leur énergie cinétique en augmentation de pression. Une partie du courant de gaz d'échappement dé chargé du diffuseur 54 est admise .dans le passage d'admission 18 de la turbine entraînant le compres seur. Le reste de ces gaz circule à très faible vitesse dans la chambre 55 formée par le collecteur 47 et dans laquelle est disposé le conduit 52 et pénètre à nouveau dans le conduit 52 à travers une buse 56, afin de maintenir un écoulement continu à grande vitesse dans ce conduit.
Etant donné que le conduit 52 communique par ses deux extrémités avec la chambre 55 dans laquelle règnent des conditions de très faible vitesse, la pres sion totale dans le conduit 52 à grande vitesse et celle dans la chambre 55 doivent être identiques. Il s'ensuit que la pression statique dans- le conduit 52 sera inférieure à cette pression totale & #la quantité correspondant à la pression dynamique. Là-moteur expulse par conséquent ses gaz d'échappement eop- tre l'action d'une contre-pression statique inférieurè à celle régnant à l'entrée de la turbine.
On utilise ainsi la partie pulsatoire de l'énergie d'échappement, qui serait autrement perdue. Cette partie pulsatoire de l'énergie d'échappement est utilisée pour pro duire et pour maintenir la grande vitesse de circula tion des gaz dans le conduit 52, ce quia pour résul tat que, pendant la partie initiale de la phase d'échappement de chaque cylindre, l'échappement a une action d'injection et que, pendant la partie finale de ladite phase d'échappement, l'échappement a une action d'éjection au cours de laquelle ladite circula tion à grande vitesse entraîne les gaz d'échappement résiduels hors des cylindres.
Le moteur représenté aux fig. 2 à 4 est un moteur Diesel à deux temps à pistons opposés, comportant trois séries de lumières d'échappement par cylindre. Ces lumières d'échappement coopèrent avec le piston inférieur de chaque cylindre et les lumières d'ad mission coopèrent avec le piston supérieur de cha que cylindre.
Le moteur comprend un groupe turbine-compres- seur 72, identique à celui précédemment décrit. Le compresseur de ce groupe fournit de l'air comprimé d'alimentation à travers une sortie 16'à un conduit 74 communiquant avec une chambre de répartition d'air 76 qui, si on le désire, peut contenir un refroi disseur intermédiaire. Les gaz d'échappement sont amenés à l'admission 18' de la turbine.
Les cylindres 80 renferment chacun un piston inférieur 78, représenté à cette figure dans sa posi tion de point mort extérieur. Deux séries de lumières d'échappement inférieures sont disposées comme représenté en 82 et 84. Une troisième série supplé mentaire de lumières d'échappement 86 disposée au-dessus des lumières 84.
Les lumières d'échappement 82 communiquent avec un collecteur d'échappement 88 qui s'étend le long du côté correspondant du moteur. Ce collec teur est pourvu d'une chemise d'eau 90 et est pourvu d'un revêtement intérieur 92 qui est séparé de ses parois par une isolation 94.
Les lumières 84 de l'autre série inférieure de lumières d'échappement communiquent avec un se cond collecteur d'échappement 96 qui est pourvu d'un revêtement intérieur 98 et d'une isolation 100. Ce collecteur est également entouré extérieurement d'une chemise 102 pour de l'eau de refroidissement.
Les lumières 86 qui sont démasquées par le piston inférieur pendant sa course vers le bas, avant l'ouverture des lumières 82 et 84, communiquent avec les buses pourvues d'aubes de guidage 108 diri geant des gaz d'échappement sortant des cylindres à travers les lumières 86 vers la droite tout en effec tuant une conversion de l'énergie thermique et de pression de ces gaz en énergie cinétique, produisant ainsi des jets à grande vitesse de gaz d'échappement. Les buses débouchent dans un conduit commun formé d'éléments tubulaires indiqués en 110 et qui sont logés à l'intérieur de la chambre 106 du col lecteur 96.
Les sections transversales des passages ménagés dans les éléments 110 croissent successive ment à partir de la gauche de cette figure et en allant vers sa droite, c'est-à-dire dans le sens d'écou lement à travers lesdits passages, le passage de cha que élément débouchant dans celui de l'élément sui vant du jeu d'éléments. Chacun des éléments tubu laires 110, sauf celui d'extrême gauche, est muni d'une ouverture évasée 112 par laquelle il commu nique avec la chambre 106 formée par le collec teur 96 et dans lequel est disposé le conduit com mun. L'élément 110 d'extrême gauche s'ouvre en amont dans la chambre 106, comme indiqué en 111. Le conduit formé par le jeu d'éléments 110 se termine par un diffuseur 114 qui débouche dans l'admission 18' de la turbine.
A son extrémité d'ad mission le diffuseur 114 est également pourvu d'une ouverture évasée par laquelle il reçoit des gaz à partir de la chambre 106. Un conduit<B>1,18</B> fait com muniquer les chambres 104 et 106 des collecteurs 88 et 96 à une des extrémités du moteur.
Les lumières d'échappement supérieures 86 sont dimensionnées de façon qu'environ 70 % en poids des gaz d'échappement soient déchargés à travers ces lumières avant que les lumières d'échappement à basse pression 82 et 84 ne commencent de s'ou vrir. La disposition des lumières d'échappement su périeures 86 par rapport à la course du piston est telle que les gaz d'échappement à haute tempéra ture et à haute pression déchargés de façon pulsa- toire à travers ces lumières contiennent pratiquement la totalité de l'énergie disponible dans les gaz d'échappement.
Cette énergie est convertie en éner gie cinétique dans les buses qui dirigent le flux de gaz d'échappement circulant à grande vitesse dans le conduit commun formé par les éléments 110. On remarquera que ce conduit est parfaitement rectili gne.
La grande vitesse maintenue dans ledit conduit commun produit une action d'aspiration en 111, 112 et 116 et provoque l'entraînement de gaz d'échappe ment dans. ledit conduit à partir de la chambre qui l'entoure. Cette chambre 106 reçoit les gaz s'échap pant à travers les lumières 82 et 84, les gaz s'échap pant par les lumières 82 passant à travers le collec teur 104 et le conduit de liaison 118.
Les lumières d'échappement à basse pression 82 et 84 de chaque cylindre sont démasquées par les pistons après que la plus grande partie de l'énergie des bouffées d'échappement a été utilisée, de sorte que la pres sion et la température des gaz déchargés à travers ces lumières sont relativement basses. Le flux de gaz s'échappant du cylindre à travers les lumières d'échappement à basse pression est donc un flux de gaz d'échappement résiduel et d'excès d'air de balayage.
Ces gaz et cet air circulent à faible vitesse à travers les chambres 104 et 106 et ils sont aspirés dans le conduit à grande vitesse. Dans ce conduit, ils sont accélérés jusqu'à une vitesse moyenne qui peut, par exemple, être de l'ordre de 167 à 183 mlsec. Ils pénètrent finalement dans le diffuseur 114, à l'extrémité aval du conduit commun. Ce dif fuseur s'étend jusqu'à l'intérieur du carter spiral de l'admission de la turbine, de manière que l'énergie cinétique des gaz sortant du diffuseur soit conservée à travers les buses de la turbine, tout au moins dans des proportions très considérables.
Etant donné que les buses déchargeant dans le conduit commun n'ont pas à servir alternativement de buses d'aspiration comme c'est le cas dans la forme d'exécution décrite en référence à la fig. 1, ces buses peuvent être construites spécialement en vue de l'obtention d'une production maximum d'éner gie à partir des gaz d'échappement à haute pression et à haute température.
Le moteur décrit ne comporte qu'une seule sor tie, de gaz d'échappement communiquant avec l'ad mission unique de la seule turbine, de sorte que la disposition du groupe turbine-compresseur est extrê mement simple.
Grâce au fait que l'énergie des bouffées puls.a- toi.re.s est entièrement utilisée de la manière décrite, on obtient en particulier des avantages dans le fonc- tionnement du moteur des fig. 2 à 4 comme moteur turbo-suralimenté. Ces avantages sont les suivants L'action du dispositif d'échappement du moteur décrit a pour effet de provoquer un écoulement d'air de combustion et de balayage à travers les cylindres même pendant le démarrage et immédiatement après le premier allumage d'un cylindre quelconque du moteur.
Par l'auto-induction de circulation d'air dans les cylindres, le groupe turbine-compresseur du moteur des fig. ? à 4 est déchargé en partie en raison de l'utilisation de l'énergie des pulsations.
Le moteur représenté à la fig. 5 est un moteur polycylindrique à balayage en boucle. Chaque piston 120 fonctionne dans un cylindre 122 qui n'est muni de lumières qu'au voisinage de la position de point mort bas du piston.
Des lumières d'admission d'air sont indiquées en 124 et sont alimentées en air à partir d'un groupe turbine-compresseur à travers un collecteur<B>126.</B> Des lumières d'échappement à basse pression 128 sont disposées de manière à déboucher dans la chambre à basse pression d'un collecteur 130 correspondant aux chambres. 104 et 106 du moteur des fig. 2-et_ 4.
Des lumières d'échappement à haute pression 132 disposées de manière à être démasquées avant les lumières d'échappement à basse pression 128 débouchent à travers des buses 133 dans un conduit commun, correspondant à celui constitué dans le moteur des fig. 2 .à 4 par les éléments 110 et amenant les gaz d'échappement à la turbine,
Internal combustion engine The present invention relates to a polycylindrical internal combustion engine comprising a supply compressor driven by an exhaust gas turbine, and nozzles through which at least part of the exhaust gas is discharged from the gases. cylinders in a common duct. This engine could be a spark-ignition four-stroke engine or could advantageously be a two-stroke diesel engine.
The motor according to the present invention is characterized in that this common duct has a cross section increasing in the direction of flow and terminates at its downstream end with a diffuser, this duct being arranged in a chamber in permanent communication with at least the upstream end of said common duct.
The drawing represents, by way of example, three embodiments of the engine forming the subject of the present invention.
Fig. 1 is a schematic plan view, partly in section, of a first embodiment.
Fig. 2 is an elevational view of a second embodiment.
Fig. 3 is a horizontal sectional view along 4-4 of FIG. 2 and according to 4-4 of FIG. 4.
Fig. 4 is a fragmentary vertical sectional view along 5-5 of FIG. 4, and fig. 5 is a schematic sectional view of a third embodiment.
The motor shown in fig. 1 is a two-stroke, eight cylinder diesel engine in which the exhaust gases are expelled from each cylinder through a single discharge opening. Air supplied by the supply compressor passes through an intercooler 43 thence into an intake manifold 44. The cylinder exhaust openings are shown at 46. A large exhaust manifold 47 extends. all along the engine. This collector is provided with a coating 48 and an internal insulation 49 and it is externally surrounded by a water jacket 50.
The main purpose of the water jacket is to eliminate differences in expansion between the motor and the drive neck, thereby eliminating the need for expansion joints.
Inside the manifold 47 are arranged exhaust elbows 51, one for each cylinder, and these elbows are nested one inside the other, so as to form a rectilinear and continuous duct 52 of section gradually increasing from 'one end of the motor to the other. The exhaust openings 46 of the cylinders communicate with nozzles 53 presented by the elbows 51 and opening into the duct 52. The nozzles 53 are dimensioned so that the part of the exhaust energy of each cylinder constituted by the Pressure energy is converted therein into kinetic energy, so that high velocity flow is thus maintained through conduit 52.
The downstream end of the common duct is formed by a diffuser 54 reducing the high speed of the gases circulating in the duct 52 and converting their kinetic energy into an increase in pressure. Part of the flow of exhaust gas released from the diffuser 54 is admitted into the inlet passage 18 of the turbine driving the compressor. The rest of these gases circulate at very low speed in the chamber 55 formed by the manifold 47 and in which the duct 52 is arranged and again enter the duct 52 through a nozzle 56, in order to maintain a continuous flow at high speed. in this conduit.
Since the duct 52 communicates at its two ends with the chamber 55 in which very low speed conditions prevail, the total pressure in the duct 52 at high speed and that in the chamber 55 must be identical. It follows that the static pressure in the conduit 52 will be less than this total pressure & the amount corresponding to the dynamic pressure. The engine therefore expels its exhaust gases undergoing the action of a lower static back pressure than that prevailing at the inlet of the turbine.
This uses the pulsating part of the exhaust energy, which would otherwise be lost. This pulsating part of the exhaust energy is used to generate and maintain the high speed of gas circulation in the duct 52, which results in that during the initial part of the exhaust phase of each cylinder, the exhaust has an injection action and that during the final part of said exhaust phase the exhaust has an ejection action during which said high speed circulation drives the exhaust gases residuals outside the cylinders.
The motor shown in fig. 2-4 is a two-stroke, opposed piston diesel engine with three sets of exhaust ports per cylinder. These exhaust ports cooperate with the lower piston of each cylinder and the intake ports cooperate with the upper piston of each cylinder.
The engine comprises a turbine-compressor unit 72, identical to that previously described. The compressor of this group supplies compressed air supply through an outlet 16 'to a duct 74 communicating with an air distribution chamber 76 which, if desired, may contain an intercooler. The exhaust gases are brought to the inlet 18 'of the turbine.
The cylinders 80 each contain a lower piston 78, shown in this figure in its external dead center position. Two sets of lower exhaust ports are arranged as shown at 82 and 84. An additional third series of exhaust ports 86 are arranged above ports 84.
The exhaust ports 82 communicate with an exhaust manifold 88 which extends along the corresponding side of the engine. This collector is provided with a water jacket 90 and is provided with an interior lining 92 which is separated from its walls by an insulation 94.
The lights 84 of the other lower series of exhaust ports communicate with an exhaust manifold cond 96 which is provided with an interior lining 98 and an insulation 100. This manifold is also surrounded on the outside with a jacket. 102 for cooling water.
The openings 86 which are unmasked by the lower piston during its downward stroke, before the opening of the openings 82 and 84, communicate with the nozzles provided with guide vanes 108 directing exhaust gases exiting the cylinders through. ports 86 to the right while converting the thermal and pressure energy of these gases into kinetic energy, thereby producing high velocity jets of exhaust gas. The nozzles open out into a common duct formed of tubular elements indicated at 110 and which are housed inside the chamber 106 of the reading neck 96.
The cross sections of the passages made in the elements 110 grow successively from the left of this figure and going towards its right, that is to say in the direction of flow through said passages, the passage of each element opening into that of the next element of the set of elements. Each of the tubular elements 110, except the far left one, is provided with a flared opening 112 through which it communicates with the chamber 106 formed by the manifold 96 and in which the common duct is disposed. The extreme left element 110 opens upstream into the chamber 106, as indicated at 111. The duct formed by the set of elements 110 ends in a diffuser 114 which opens into the inlet 18 'of the turbine. .
At its inlet end, the diffuser 114 is also provided with a flared opening through which it receives gases from the chamber 106. A <B> 1.18 </B> duct connects the chambers 104 and 106 of the manifolds 88 and 96 at one end of the engine.
The upper exhaust ports 86 are sized such that approximately 70% by weight of the exhaust gas is discharged through these ports before the low pressure exhaust ports 82 and 84 begin to open. The arrangement of the upper exhaust ports 86 relative to the stroke of the piston is such that the high temperature, high pressure exhaust gases pulsatively discharged through these ports contain substantially all of the gas. energy available in the exhaust gases.
This energy is converted into kinetic energy in the nozzles which direct the flow of exhaust gas flowing at high speed in the common duct formed by the elements 110. It will be noted that this duct is perfectly straight.
The high velocity maintained in said common duct produces a suction action at 111, 112 and 116 and causes exhaust gas to be entrained therein. said conduit from the surrounding chamber. This chamber 106 receives the gases escaping through the ports 82 and 84, the gases escaping through the ports 82 passing through the manifold 104 and the connecting duct 118.
The low pressure exhaust ports 82 and 84 of each cylinder are unmasked by the pistons after most of the energy from the exhaust puffs has been used up, so that the pressure and temperature of the gases discharged through these lights are relatively low. The flow of gas escaping from the cylinder through the low pressure exhaust ports is therefore a flow of residual exhaust gas and excess purging air.
These gases and air flow at low speed through chambers 104 and 106 and are drawn into the duct at high speed. In this duct, they are accelerated to an average speed which may, for example, be of the order of 167 to 183 mlsec. They finally enter the diffuser 114, at the downstream end of the common duct. This diffuser extends to the interior of the spiral casing of the inlet of the turbine, so that the kinetic energy of the gases leaving the diffuser is retained through the nozzles of the turbine, at least in very considerable proportions.
Since the nozzles discharging into the common duct do not have to alternately serve as suction nozzles as is the case in the embodiment described with reference to FIG. 1, these nozzles can be specially constructed with a view to obtaining maximum output of energy from the exhaust gases at high pressure and high temperature.
The engine described has only one exhaust gas outlet communicating with the single inlet of the single turbine, so that the arrangement of the turbine-compressor unit is extremely simple.
By virtue of the fact that the energy of the puls.a- toi.re.s puffs is fully utilized in the manner described, advantages in particular are obtained in the operation of the motor of FIGS. 2 to 4 as a turbo-supercharged engine. These advantages are as follows The action of the described engine exhaust system has the effect of causing a flow of combustion and scavenging air through the cylinders even during start-up and immediately after the first ignition of any cylinder. of the motor.
By the self-induction of air circulation in the cylinders, the turbine-compressor unit of the engine of fig. ? at 4 is discharged in part due to the use of pulse energy.
The motor shown in fig. 5 is a multi-cylinder sweeping loop motor. Each piston 120 operates in a cylinder 122 which is provided with lights only in the vicinity of the bottom dead center position of the piston.
Air intake ports are indicated at 124 and are supplied with air from a turbine-compressor unit through a manifold <B> 126. </B> Low pressure exhaust ports 128 are provided. so as to open into the low pressure chamber of a manifold 130 corresponding to the chambers. 104 and 106 of the engine of FIGS. 2-and_ 4.
High pressure exhaust ports 132 arranged so as to be unmasked before the low pressure exhaust ports 128 open through nozzles 133 into a common duct, corresponding to that formed in the engine of FIGS. 2. To 4 by the elements 110 and bringing the exhaust gases to the turbine,