LU83433A1

LU83433A1 - COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: LU83433A1
Application number: LU83433A
Authority: LU
Inventors: Gilbert Van Avermaete
Original assignee: Avermaete Gilbert
Priority date: 1981-06-12
Filing date: 1981-06-12
Publication date: 1983-04-06
Also published as: ES8306828A1; CA1191792A; ES513031A0; IT8248607A0; EP0081523A1; JPS58500907A; WO1982004462A1; IT1148585B

Description

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La présente invention a pour objet un moteur à explosion et à combustion interne comprenant au moins un cylindre et un piston monté sur un vilebrequin assurant au piston un mouvement alternatif dans le cylindre provoqué par la détente d'un fluide, une soupape d'admission autorisant l*entrée du comburant dans le cylindre, une soupape d'échappement pour permettre l'évacuation des gaz brûlés de ce dernier, des moyens d'injection du carburant et des moyens pour enflammer le mélange comburant-carburant.The subject of the present invention is an internal combustion and internal combustion engine comprising at least one cylinder and a piston mounted on a crankshaft providing the piston with reciprocating movement in the cylinder caused by the expansion of a fluid, an intake valve allowing the entry of the oxidant into the cylinder, an exhaust valve to allow the evacuation of the burnt gases from the latter, means for injecting the fuel and means for igniting the oxidant-fuel mixture.

L'invention a pour but de procurer un moteur dans lequel la chambre de compression du fluide provoquant le mouvement alternatif du piston dans le cylindre du moteur est à volume variable et à taux de compression constant, de telle sorte qu'il est possible de mettre sous combustion une partie importante ou non de la totalité du fluide comburant admis dans la chambre de détente du moteur à un taux de compression constant voisin du taux de compression maximum que peut supporter sans risque de détonation le carburant utilisé et ce, à n'importe quel régime du moteur, y compris le ralenti. Ce moteur présente l'avantage de permettre un mélange homogène du carburant et du comburant quelles que soient les conditions de travail du moteur, ce qui présente comme avantage d'obtenir une grande souplesse de fonctionnement, un développement immédiat d'une puissance acceptable indépendamment des conditions de travail, la suppression de carburant imbrûlé à l'échappement grâce à l'excès de comburant. Outre les avantages susdits, le moteur suivant l'invention offre aussi l'avantage de permettre, d'une part, des démarrages à froid directs sans - 3 - réchauffage du collecteur inhérent aux moteurs à injection et, d'autre part, l’utilisation d'une pompe à injection extrêmement simple du fait qu'il ne faut pas prévoir d'avance à l'injection, cette dernière s'établissant sur 160° dès la fermeture de la soupape d’échappement.The object of the invention is to provide an engine in which the compression chamber of the fluid causing the reciprocating movement of the piston in the engine cylinder is of variable volume and at constant compression rate, so that it is possible to set under combustion, a significant part or not of all of the oxidizing fluid admitted into the expansion chamber of the engine at a constant compression rate close to the maximum compression rate which the fuel used can withstand without risk of detonation, regardless of what engine speed, including idling. This engine has the advantage of allowing a homogeneous mixture of fuel and oxidizer whatever the working conditions of the engine, which has the advantage of obtaining a great flexibility of operation, an immediate development of an acceptable power independently of the working conditions, removing unburnt fuel from the exhaust thanks to excess oxidant. In addition to the abovementioned advantages, the engine according to the invention also offers the advantage of allowing, on the one hand, direct cold starts without - 3 - heating of the manifold inherent in injection engines and, on the other hand, use of an extremely simple injection pump due to the fact that no advance injection is required, the latter being established over 160 ° as soon as the exhaust valve is closed.

A cet effet, suivant l'invention, ledit moteur présente, à proximité de l'extrémité du cylindre correspondant au point mort haut du piston, un second cylindre communiquant avec ledit cylindre par deux conduits ménagés à proximité des extrémités de ce second cylindre, un piston agencé dans ce dernier pour y délimiter deux chambres, chacune de ces dernières communiquant avec le cylindre par un des conduits précités, les moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange étant disposés dans une de ces deux chambres, des moyens étant prévus pour déplacer le piston du second cylindre afin de faire varier le volume de la chambre dans laquelle sont disposés les moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange, des moyens étant également prévus pour régler le débit des moyens d'injection en fonction du volume de la chambre dans laquelle sont disposés lesdits moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange, les moyens prévus pour déplacer le piston du s econd cylindre et les moyens pour régler le débit des moyens d'injection agissant en synchronisme sous l'action d’une commande actionnée par l'accélérateur du moteur, des moyens élastiques étant interposés entre le piston du second cylindre et les moyens prévus pour le déplacer afin que les déplacements dudit piston dûs aux explosions ne se répercutent pas sur la commande précitée, les - 4 - moyens prévus pour déplacer le piston du second cylindre étant en outre agencés pour que, lorsque la commande susdite n'est pas actionnée, le piston occupe une position telle que le volume de la chambre dans laquelle sont disposés les moyens d’injection et les moyens enflammant le mélange est à son minimum dont la valeur est prédéterminée.To this end, according to the invention, said engine has, near the end of the cylinder corresponding to the top dead center of the piston, a second cylinder communicating with said cylinder by two conduits formed near the ends of this second cylinder, a piston arranged in the latter to delimit there two chambers, each of the latter communicating with the cylinder by one of the aforementioned conduits, the injection means and the means igniting the mixture being arranged in one of these two chambers, means being provided for move the piston of the second cylinder in order to vary the volume of the chamber in which the injection means and the means igniting the mixture are arranged, means being also provided for regulating the flow rate of the injection means as a function of the volume of the chamber in which are arranged said injection means and the means igniting the mixture, the means provided for moving the piston of the second cylinder and the mo yen to adjust the flow rate of the injection means acting in synchronism under the action of a command actuated by the engine accelerator, elastic means being interposed between the piston of the second cylinder and the means provided for moving it so that the displacements of said piston due to explosions do not affect the aforementioned command, the means provided for moving the piston of the second cylinder being also arranged so that, when the aforementioned command is not actuated, the piston occupies a position such that the volume of the chamber in which the injection means and the means igniting the mixture are disposed is at its minimum, the value of which is predetermined.

Suivant une forme de réalisation avantageuse du moteur suivant l’invention, celui-ci comprend des moyens prévus pour limiter la course du piston agencé dans le second cylindre, lors du positionnement dudit piston, au moins dans la chambre dans laquelle sont disposés les moyens d’injection et les moyens enflammant le mélange, ces moyens étant agencés de telle sorte que la limitation de la course du piston correspond au volume minimum précité de la chambre et, qu'en fin de course, ledit piston libère entièrement l’ouverture du conduit reliant ladite chambre au cylindre du moteur.According to an advantageous embodiment of the engine according to the invention, it comprises means provided for limiting the stroke of the piston arranged in the second cylinder, during the positioning of said piston, at least in the chamber in which the means of injection and the means igniting the mixture, these means being arranged such that the limitation of the stroke of the piston corresponds to the aforementioned minimum volume of the chamber and, that at the end of the stroke, said piston fully releases the opening of the conduit connecting said chamber to the engine cylinder.

Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux du moteur suivant l'invention, la tige du piston, du second cylindre, sur laquelle agissent les moyens précités pour déplacer ledit piston, s’étend à travers la chambre du second cylindre opposée à la chambre dans laquelle sont disposés les moyens d'injection et les moyens enflammant le mélange, des moyens étant prévus sur ledit piston et du côté de la tige de ce dernier pour obturer de manière étanche l'ouverture du conduit mettant la chambre dans laquelle est située la tige du piston en communication avec le cylindre du moteur lorsque cette chambre a atteint un volume minimum prédéterminé, afin de constituer un tampon de fluide sous pression limitant la course du piston dans - 5 - ladite chambre lorsque le volume de l'autre chambre tend vers un maximum.According to a particularly advantageous embodiment of the engine according to the invention, the piston rod, of the second cylinder, on which the above-mentioned means act to move said piston, extends through the chamber of the second cylinder opposite the chamber in which the injection means and the means igniting the mixture are arranged, means being provided on the said piston and on the side of the rod of the latter for sealing the opening of the conduit putting the chamber in which the rod of the piston in communication with the engine cylinder when this chamber has reached a predetermined minimum volume, in order to constitute a buffer of pressurized fluid limiting the stroke of the piston in said chamber when the volume of the other chamber tends towards a maximum .

D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description du dessin annexé au présent mémoire et qui représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation particulière du moteur suivant l'invention.Other details and particularities of the invention will emerge from the description of the drawing appended to this specification and which represents, by way of non-limiting example, a particular embodiment of the engine according to the invention.

Le dessin est une vue schématique, en coupe et avec brisures partielles, du moteur suivant l'invention.The drawing is a schematic view, in section and with partial broken lines, of the engine according to the invention.

Le moteur illustré au dessin est un moteur à un cylindre 1 à explosion et à combustion interne dans lequel le carburant, principalement de l'essence, est injecté directement et dans lequel la combustion du mélange carburant et comburant est obtenue par allumage commandé. Le point mort haut du piston 2, agencé dans le cylindre 1, est situé à proximité immédiate de la culasse 3 pour que l'espace mort 4 soit aussi réduit que possible, une tubulure d'aspiration 5 de grande dimension est ménagée dans la culasse 3 et met en communication, par une soupape d'admission 6, le cylindre 1 et l'air libre, cette tubulure d'aspiration n'étant parcourue que par l'air comburant. Les gaz brûlés sont évacués du cylindre 1 par une tubulure d'échappement non représentée munie d'une soupape d'échappement 7. Le moteur présente, à proximité de l'extrémité 8 du cylindre 1 correspondant au point mort haut du piston 2, un second cylindre 9 communiquant avec le cylindre 1 par deux conduits 10 et 11 ménagés à proximité des extrémités du cylindre 9. Un piston 12 est agencé dans ce cylindre 9 pour y délimiter deux chambres 13 et 14, ces - 6 - dernières communiquant avec le cylindre 1 respectivement par les conduits 10 et 11. Le piston 2, pendant la première phase d'aspiration et de compression, joue le rôle de compresseur pour comprimer l'air comburant, à pression constante, dans le cylindre 1 et le débiter directement dans les deux chambres 13 et 14 du cylindre 9, l'injecteur 15 et la bougie 16 étant situés dans la chambre 13 de sorte que le mélange comburant-carburant et l'allumage dudit mélange s'effectuent dans cette chambre 13 de combustion, le conduit 10 étant avantageusement profilé pour créer une turbulence, par rotation du fluide comburant, dans la chambre 13. Le comburant contenu dans la chambre 14, d'une part, constitue une réserve destinée à assurer la combustion totale du mélange et, d'autre part, permet d'obtenir un équilibre de pressions entre les chambres 13 et 14 lors de la combustion du mélange. Le moteur comprend des moyens 17 pour déplacer le piston 12 dans le cylindre 9 afin de faire varier le volume de la chambre 13 en fonction du régime désiré pour le moteur, ainsi que des moyens 18 pour régler le débit de l'injecteur 15, en agissant sur la crémaillère de réglage de la pompe d'injection 19, en fonction du volume de la chambre 13, ces moyens 17 et 18 agissant en synchronisme sous l'action d'une commande 20 constituée par un arbre 21 mis en rotation autour de son axe par l'accélérateur du moteur. Des moyens élastiques 22 sont également prévus sur le moteur et sont interposés entre le piston 12, par l'intermédiaire de la tige de piston 23, et les moyens 17 pour que les déplacements du piston engendrés par les explosions dans la chambre 13 ne se répercutent pas sur la commande 20. Les moyens 17 sont en outre - 7 - agencés pour que, lorsque la commande 20 n'est pas sollicitée par l'accélérateur du moteur, le piston 12 occupe une position telle que le volume de la chambre 13 est à son minimum dont la valeur est prédéterminée, ce volume correspondant de préférence à la masse volumique du comburant nécessaire au régime de ralenti du moteur.The engine illustrated in the drawing is an internal combustion internal combustion engine 1 in which the fuel, mainly gasoline, is injected directly and in which the combustion of the fuel and oxidant mixture is obtained by controlled ignition. The top dead center of the piston 2, arranged in the cylinder 1, is located in the immediate vicinity of the cylinder head 3 so that the dead space 4 is as small as possible, a large suction pipe 5 is formed in the cylinder head 3 and puts in communication, by an intake valve 6, the cylinder 1 and the open air, this suction pipe being traversed only by the combustion air. The burnt gases are evacuated from the cylinder 1 by an exhaust pipe, not shown, fitted with an exhaust valve 7. The engine has, near the end 8 of the cylinder 1 corresponding to the top dead center of the piston 2, a second cylinder 9 communicating with cylinder 1 by two conduits 10 and 11 formed near the ends of cylinder 9. A piston 12 is arranged in this cylinder 9 to delimit there two chambers 13 and 14, these latter communicating with the cylinder 1 respectively through the conduits 10 and 11. The piston 2, during the first suction and compression phase, acts as a compressor to compress the combustion air, at constant pressure, in the cylinder 1 and deliver it directly to the two chambers 13 and 14 of the cylinder 9, the injector 15 and the spark plug 16 being located in the chamber 13 so that the oxidant-fuel mixture and the ignition of the said mixture take place in this combustion chamber 13, the conduit 10 being advantageous ely profiled to create turbulence, by rotation of the oxidizing fluid, in the chamber 13. The oxidant contained in the chamber 14, on the one hand, constitutes a reserve intended to ensure the total combustion of the mixture and, on the other hand, allows to obtain a pressure balance between the chambers 13 and 14 during the combustion of the mixture. The engine comprises means 17 for moving the piston 12 in the cylinder 9 in order to vary the volume of the chamber 13 according to the speed desired for the engine, as well as means 18 for adjusting the flow rate of the injector 15, in acting on the adjustment rack of the injection pump 19, as a function of the volume of the chamber 13, these means 17 and 18 acting in synchronism under the action of a control 20 constituted by a shaft 21 rotated around its axis by the engine accelerator. Elastic means 22 are also provided on the engine and are interposed between the piston 12, by means of the piston rod 23, and the means 17 so that the displacements of the piston generated by the explosions in the chamber 13 are not reflected. not on the control 20. The means 17 are also arranged so that, when the control 20 is not requested by the engine accelerator, the piston 12 occupies a position such that the volume of the chamber 13 is at its minimum, the value of which is predetermined, this volume preferably corresponding to the density of the oxidizer necessary for the engine idling speed.

Les axes des cylindres 1 et 9 sont perpendiculaires afin de faciliter la construction du moteur et d'éviter d'accroître le volume de la culasse. Les moyens 17 et 18 de positionnement du piston et du réglage du débit de l'injecteur ainsi que les moyens élastiques 22, essentiellement constitués par les ressorts 24 et 25 et par le vérin 26, mettent en oeuvre des systèmes à biellettes qui sont tous raccordés à une pièce de liaison 27 calée sur l'arbre 21 commandé par l'accélérateur du moteur. Le positionnement du piston 12 s'effectue par l'intermédiaire d'un boîtier 28 relié à la pièce 27 et coulissant dans un guide 29 suivant l'axe de la tige du piston 23. Cette tige de piston 23 traverse librement ce boîtier 28, une coupelle 30, calée sur la tige de piston 23, étant prévue dans ledit boîtier et montée dans celui-ci par l'intermédiaire des ressorts 24 et 25. La course du piston 12 est limitée dans le cylindre 9, par une butée 33 prévue sur la culasse et coopérant avec la face 34 du boîtier 28 pour que, d'une part, la chambre 13 ne soit pas réduite à un volume minimum susdit et, d'autre part, qu'en fin de course le piston 12 n'obstrue pas l'ouverture du conduit 10 faisant communiquer la chambre 13 et le cylindre. Les ressorts 24 et 25 sont calculés de telle manière que, d'une part, le piston - 8 - 12 est ramené en position choisie après chaque explosion dans la chambre 13 et, d'autre part, lorsque l'arbre 21 n'est pas sollicité par l'accélérateur, le piston 12 est ramené automatiquement dans sa position qui correspond au volume minimum susdit de la chambre 13. Des moyens 35 sont avantageusement prévus pour limiter la course du piston 12 dans la chambre 14 lorsque le volume de la chambre 13 tend vers un maximum lors de l'allumage du mélange carburant-comburant. Ces moyens 35 sont constitués par une collerette 36 obturant de manière étanche l'ouverture 37 du conduit 11 quand la chambre 14 atteint un volume minimum prédéterminé, de sorte qu'un tampon de fluide se constitue dans la chambre 14 et empêche le piston d'entrer en 21 contact avec la culasse. Quand l'arbre^est sollicité au maximum par l'accélérateur, le boîtier 28 susdit prend appui, par sa face 32, sur un arrêt 31 prévu sur le guide 29 de manière à limiter la course du piston 12 dans la chambre 14 pour que la collerette 36 libère entièrement l’ouverture 37 du conduit 11 mettant la chambre 14 en communication avec le cylindre 1.The axes of cylinders 1 and 9 are perpendicular in order to facilitate the construction of the engine and to avoid increasing the volume of the cylinder head. The means 17 and 18 for positioning the piston and for adjusting the flow rate of the injector as well as the elastic means 22, essentially constituted by the springs 24 and 25 and by the jack 26, use rod systems which are all connected to a connecting piece 27 wedged on the shaft 21 controlled by the engine accelerator. The piston 12 is positioned by means of a housing 28 connected to the part 27 and sliding in a guide 29 along the axis of the piston rod 23. This piston rod 23 freely passes through this housing 28, a cup 30, wedged on the piston rod 23, being provided in said housing and mounted therein by means of springs 24 and 25. The stroke of the piston 12 is limited in the cylinder 9, by a stop 33 provided on the cylinder head and cooperating with the face 34 of the housing 28 so that, on the one hand, the chamber 13 is not reduced to a minimum volume mentioned above and, on the other hand, that at the end of the stroke the piston 12 does not not obstruct the opening of the conduit 10 communicating the chamber 13 and the cylinder. The springs 24 and 25 are calculated in such a way that, on the one hand, the piston - 8 - 12 is brought back to the chosen position after each explosion in the chamber 13 and, on the other hand, when the shaft 21 is not not requested by the accelerator, the piston 12 is automatically returned to its position which corresponds to the aforementioned minimum volume of the chamber 13. Means 35 are advantageously provided for limiting the stroke of the piston 12 in the chamber 14 when the volume of the chamber 13 tends towards a maximum when the fuel-oxidizer mixture is ignited. These means 35 are constituted by a collar 36 sealingly closing the opening 37 of the conduit 11 when the chamber 14 reaches a predetermined minimum volume, so that a buffer of fluid is formed in the chamber 14 and prevents the piston from come into contact with the cylinder head. When the shaft ^ is stressed as much as possible by the accelerator, the above-mentioned housing 28 is supported, by its face 32, on a stop 31 provided on the guide 29 so as to limit the stroke of the piston 12 in the chamber 14 so that the flange 36 completely frees the opening 37 of the conduit 11 putting the chamber 14 in communication with the cylinder 1.

Suivant l'invention, des moyens non représentés sont prévus pour utiliser l'énergie produite par le mouvement linéaire alternatif du piston 12 provoqué par l'explosion dans la chambre 13, ces moyens de récupération d'énergie, comprenant par exemple i.According to the invention, means not shown are provided for using the energy produced by the reciprocating linear movement of the piston 12 caused by the explosion in the chamber 13, these energy recovery means, comprising for example i.

une pompe hydraulique axiale à volume variable commandée par la tige du piston 23, étant utilisés pour fournir un fluide sous pression au vérin 26 précité.an axial hydraulic pump with variable volume controlled by the piston rod 23, being used to supply a pressurized fluid to the above-mentioned jack 26.

Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite et que bien des modi- fications peuvent être apportées à cette dernière sans sortir du cadre du présent brevet.It should be understood that the invention is in no way limited to the embodiment described and that many modifications can be made to the latter without departing from the scope of this patent.

- 9 - C'est ainsi que le moteur suivant l'invention peut bien entendu comprendre plusieurs cylindres 1 à chacun desquels est associé un cylindre 9, les divers moyens et commandes décrits ci-dessus étant agencés, comme dans les moteurs traditionnels, pour tenir compte du décalage des pistons 2 les uns par rapport aux autres.- 9 - This is how the engine according to the invention can of course comprise several cylinders 1 with each of which is associated a cylinder 9, the various means and controls described above being arranged, as in traditional engines, to hold account of the offset of the pistons 2 relative to each other.

Claims

1. Internal combustion and internal combustion engine comprising at least one cylinder and a piston mounted on a crankshaft ensuring the piston an alternating movement in the cylinder caused by the expansion of a fluid, an intake valve allowing the entry of the oxidant in the cylinder, an exhaust valve to allow the evacuation of the burnt gases from the latter, means for injecting the fuel and means for igniting the oxidant-fuel mixture, said engine being characterized in that it has, near the end of the cylinder corresponding to the top dead center of the piston, a second cylinder communicating with said cylinder by two conduits arranged near the ends of this second cylinder, a piston arranged in the latter to delimit two chambers therein, each of the latter communicating with the cylinder by one of the aforementioned conduits, the injection means and the means igniting the mixture being arranged in one of these two chambers, means e both intended to move the piston of the second cylinder in order to vary the volume of the chamber in which the injection means and the means igniting the mixture are arranged, means being also provided for regulating the flow rate of the injection means as a function of the volume of the chamber in which said injection means and the means igniting the mixture are disposed, the means provided for moving the piston of the second cylinder and the means for adjusting the flow rate of the injection means acting synchronously under the action of a control actuated by the engine accelerator, elastic means being interposed between the piston of the second cylinder and the means provided for moving it so that the movements of said piston due to explosions do not affect the aforementioned control , the means provided for moving the piston of the second cylinder being further arranged so that, when the above-mentioned control is not actuated, the piston occupies a posi tion such that the volume of the chamber in which are arranged the injection means and the means igniting the mixture is ‘to its minimum, the value of which is predetermined.

2. Engine according to claim 1, characterized in that means are provided for limiting the stroke of the piston during the positioning of said piston, arranged in the second cylinder and at least in the chamber in which the injection means and the means are arranged. igniting the mixture, these means being arranged in such a way that the limitation of the piston stroke corresponds to the aforementioned minimum volume of the chamber and, that at the end of the stroke, said piston fully releases the opening of the conduit connecting said chamber to engine cylinder.

3. Engine according to either of claims 1 and 2, characterized in that the piston rod of the second cylinder, on which act the aforementioned means for moving said piston, extends through the opposite cylinder chamber to the chamber in which the injection means and the means igniting the mixture are arranged, means being provided on said piston and on the side of the rod of the latter for sealing the opening of the duct placing the chamber in which is located the piston rod in communication with the engine cylinder when this chamber has reached a predetermined minimum volume, in order to constitute a buffer of pressurized fluid limiting the stroke of the piston in said chamber when the volume of the other room tends to a maximum.

4. Engine according to claim 3, characterized in that it comprises means for limiting the stroke of the piston provided in the second cylinder, during the positioning of said piston, in the chamber opposite to the chamber in which the means are arranged. aforementioned injection, these means for limiting said stroke of the piston being arranged so that in the position of the piston corresponding to the minimum volume of the chamber, opposite to the chamber in which the aforementioned injection means are arranged, the piston fully releases the opening of the conduit which connects it to the cylinder of the engine.

5. Engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the lines connecting the engine cylinder and the two chambers formed in the aforementioned second cylinder have a section such that a balance of pressures prevailing in these two chambers can be produced when the volume of the chamber, in which the abovementioned injection means are arranged, increases.

6. Engine according to any one of claims - 1 to 5, characterized in that means are provided for using the energy produced by the reciprocating linear movement of the piston of the second cylinder caused by the explosion in the chamber where are located the injection means, these means for recovering the above energy being used in particular for supplying a pressurized fluid used in the above-mentioned elastic means. : -13 -

7. Engine according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the axis of the aforementioned second cylinder extends transversely to the axis of the engine cylinder.

8. Motor as described above or shown in the accompanying drawing.