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pour l'invention intitulée :
L'invention concerne un moteur compound à combustion interne a compresseur pr:able et turbine à gaz d'échappe- ment. Elle consiste à donner aux sections d'entrée de la turbine à gaz d'échappement, ainsi qu'à la section et à la capacité des tuyaux amenant les gaz d'échappement à cette turbine, des dimensions telles, et à choisir le moment de l'écoulement des gaz d'échappement de façon telle , qu'après
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le commencement de l'échappement, la pression régnant en avant de la turbine à gaz d'échappement dépasse la pression de charge pour ne retomber que vers la fin de l'échappement . une valeur plus petite, qui est de préférence supérieure à la pression atmosphérique.
Grâce à cette élévation de la pression en avant de la turbine, on obtient une puissance plus grande de la turbine. Ceci permet de refouler une plus grande quantité d'air de charge ou de balayage, ou de com- primer cet air sous une pression plus élevée, lorsque la tur- bine actionne le compresseur de charge ou le compresseur d'air de balayage, ou les deux. Malgré cela, et grâce à la pression inférieure régnant dans les cylindres de combustion à la fin de l'échappement, on évite qu'une grande quantité de gaz d'échappement reste dans ces cylindres à la fin de l'échappement, ce qui aurait pour effet que la nouvelle charge introduite serait simplement échauffée ou encore réduite.
Le début de l'écoulement hors d'un cylindre doit avoir lieu assez tard pour ne pas empêcher la production de la pression plus basse dans le cylindre où l'échappement a eu lieu pré- cédemment
Les dimensions des tuyaux amenant les gaz d'échappe- ment a la turbine peuvent être telles que la pression la plus basse en avant de la turbine, aumoins pour des charges déterminées du moteur, soit plus basse que la pression de la charge préalablement comprimée. Dans ce cas chaque cylindre de combustion peut encore être balayé par une nouvelle charge.
Il faut seulement veiller à ce que les organes d'admission
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et d'échappement du même cylindre de combustion soient ouverts en même temps pendant le balayage, et que l'organe d'échappement du cylindre dont les gaz de combustion s'é- chappent ensuite ne s'ouvre qu'assez tard pour qu'il ne se produise dans la tuyauterie'allant à la turbine aucune aug- mentation de pression trop rapide empêchant le balayage. Les temps de distribution doivent être modifiés suivant le nombre de cylindres dont l'échappement se fait dans la même tuyauterie.
C'est ainsipar exemple que, dans les moteurs à quatre cylindres à quatre temps, l'organe d'admission des cylindres de combustion devra s'ouvrir plus tôt, et les organes d'échappement plus tard que cela n'est générale- ment le cas actuellement pour les moteurs ordinaires à qua- tre temps, surtout si l'on veut obtenir une pression aussi basse que possible vers la fin des courses d'échappement.
Lorsque plus de quatre ou cinq cylindres, surtout lorsqu'il s'agit d'un moteur à quatre temps, envoient leurs gaz d'échappement dans une tuyauterie commune allant à la turbine, il peut arriver, surtout lorsque le moteur est relativement chargé, que la limite inférieure de la pression des gaz d'échappement en avant de la turbine ne puisse pas être maintenue assez longtemps ou pas du tout au-dessous de la, pression de charge, les échappements des différents cylindres de combustion se succédant trop rapidement. Pour remédier à cet inconvénient, on peut disposer plusieurs tuyauteries entre les cylindres de combustion et la tur- bine, de façon que trois ou plus de trois cylindres par
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exemple aient une tuyauterie commune pour les gaz d'échappe- ment.
On s'arrangera de préférence pour que les cylindres dont les échappements se suivent autant que possible aux mêmes intervalles de temps, aient une tuyauterie d'échappe- ment commune. On obteint ainsi une charge, un balayage et un échappement uniformes des différents cylindres de combu- stion et le fonctionnement de la turbine est aussi meilleur.
Les différentes tuyauteries d'échappement peuvent déboucher dans une ou plusieurs turbines. les deux dessins ci-joints représentent le fonctionne- ment et le montage de moteurs construits suivant l'invention.
La fig. 1 montre, à une échelle fortement agrandie, les variations de la pression dans les cylindres d'un mo- teu à combustion interne à quatre cylindres à quatre temps pendant deux révolutions entières.
La lige 2 montre la disposition des manivelles de son vilebrequin.
La Fig 3 montre les variations de la pression en avant de la turbine, et
La fig. 4 montre les levées de soupapes des organes diadmissi et d'échappement du moteur à quatre cylindres.
La fig 5 représente schématiquement un moteur à quatre temps à huit cylindres combiné avec deux turbines à gaz d'échappement, et la fig. 6 montre la disposition de ses manivelles sur le vilebrequin.
Les figs. 7 et 8 montrent des modes de construction particuliers de turbines à gaz d'échappement.
Dans la fig. 1 les pressions régnant dans les cylin- -combustion sont représentées par les courbes P1,
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1,11,111, IV sont les quatre cylindres dans l'ordre de leur juxtaposition. Les phénomènes de travail se déroulent dans ces cylindres suivant les nombres 1,2,3, et 4, de telle sorte que chaque phénomène se reproduit après que l'arbre de manivelle a tourné de 180 .
La fig. 2 est une coupe longitudinale et une coupe transversale montrant la position des manivelles du moteur de telle sorte que les phénomènes individuels se reproduisent à des intervalles de temps égaux.
Si l'on considère maintenant, dans la fig. 1, les variations de la pression dans le cylindre III, (2), on voit que la combustion et la détente se produisent entre o et @ 180 degrés. L'organe d'échappement s'ouvre avant que les 180 ne soient atteints. Or les dimensions de la tuyauterie allant à la turbine sont telles, suivant l'invention, que la pression d'échappement, au lieu de baisser subitement à partir du moment de l'ouverture de l'organe d'échappement, ne baisse que relativement lentement pendant que l'arbre continue à tourner entre 180 et 360 . On a supposé, dans la fig. 1, que cette pression tombe un peu au-dessous de la pression de charge régnant pendant le deuxième tour, au cours de la course d'aspiration lorsque l'arbre tourne de 360 à 180 .
Pendant que le moteur continue à tourner de 180 à 360 , la charge qui se trouve dans le cylindre se trouve comprimée à nouveau. La fin de la compression, ainsi que la combustion et le début de la détente ne sont pas re- présentés par les courbes p1, pour éviter une échelle trop petite. La combustion peut ressembler à une explosion, à
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une combustion sous une pression constante ou se produire de toute autre faon.
La fig. 3 montre l'action du mode de fonctionnement en question sur la pression régnant dans la tuyauterie de gaz d'échappement. Aux environs de 180 de la première révolution représentée du moteur, c'est-à-dire peu de temps après, la pression p2 monte fortement, pour retomber au-des- sous de la pression de charge p aux environs de 360 . A ce moment le même phénomène se reproduit, provoqué par les gaz d'échappement sortant du cylindre IV, et ainsi de suite. pa indique la pression atmosphérique, tant dans la fig. 1 que dans la fig. 3, ce qui montre qu'il s'agit ici d'un moteur à charge.
Si l'on considère maintenant, dans la fig. 4, les courbes de levées de soupapes a111 et b11 du cylindre III, (2), dont la première pst celle de l'organe d'échappement et la dernière celle de l'organe d'admission, on voit que l'organe d'échappement s'ouvre un peu avant 180 de la pre- mière révolution du moteur, pour ne se refermer que vers 360 . A ce moment, comme le montre la fig. 3, la pression commence à remonter dans la tuyauterie d'échappement pour dépasser la pression de charge p , l'organe d'échappement du cylindre IV s'étant ouvert auparavant suivant la courbe de levée AIV et les gaz entrant dans la tuyauterie d'échappe- ment y ayant augmenté la pression à nouveau.
Au moment où la pression p tombe au-dessous de p pendant la première révolution du moteur, l'organe d'admission du cylindre III peut s'ouvrir, comme le montre la courbe d'ouverture b III
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On supposera que cet organe reste ouvert jusqu'à la fin de la course d'aspiration aux environs de 180 de la deuxième révolution du moteur. Le balayage pourra se faire par une nouvelle charge entre la première et la deuxième révolution du moteur, avant ou après l'angle de manivelle 3600, l'organe d'admission et l'organe d'échappement étant ouverts en même temps, la pression.? étant alors supérieure à p2, comme le montre la fig. 3.
Des hachures horizontales font ressortir cette période de balayage dans les courbes d'ouverture des organes d'admission BiI bII,b11 et vi
La fig. 5 montre un moteur à quatre temps à huit cylindres, I,II,III,IV,V,VI, VII et VIII sont les huit mani- velles de l'arbre principal 11.10 est le socle du moteur, socle sur lequel sont fixés les cylindres de combustions; 13,14,15,16,17,18,19 et 20 sont les fonds de ces cylindres.
La figure ne montre plus en outre que les tuyauteries
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d'échappement 13',1',15',16',1,18',19 et 20' condui- sant à la turbine les gaz d'échappement sortant des cylindres.
Les tuyauteries de l'air de charge sont supprimées, car elles ne feraient que nuire à la clarté. Les tuyauteries d'échappement de chaque groupe de quatre cylindres, c'est-à- dire des cylindres I,IV, V et VIII et des cylindres II,III, VI et VII, respectivement débouchent chacune dans une tuyau- terie commune 21 ou 22 abbutissant respectivement à une turbine particulière 23 ou 24. Les deux turbines 23 et 24 travaillent sur le même arbre 25, qui peut fournir par exemple du travail au dehors. 26 et 27 sont les tuyauteries d'échappement de ces turbines.
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La fig. 6 montre la position des manivelles, ainsi que la succession des allumages dans les cylindres, comme dans la'fig. 2. On voit que les tuyauteries d'échappement débouchant dans une tuyauterie collectrice commune 21 ou
22 sont celles des indres dont les manivelles se trouvent dans le même plan, comme c'est également le cas pour le vilebrequin représenté par la fig. 2. Les allumages se succèdent donc dans ces cylindres chaque fois que l'arbre a tourné de 1800; il en est de même pour les allumages des quatre autres cylindres, sauf qu'ils sont décalés de 900 par rapport aux précédents.
Au lieu de deux turbines, il peut aussi n'y en avoir qu'une, comme le montre la fig. 7. 21 et 22 sont encore les deux tuyauteries conduisant à la turbine unique 23 comportant par exemple deux sections d'admission différentes 25 est l'arbre de cette turbine.
Ou bien on peut installer deux turbines pouvant être assemblées comme le montre la figl 5 de façon que toutes les poussées axiales s'annulent. Cette turbine possède deux orifices d'admission 28 et 32 dans lesquels les gaz entrent par des tuyauteries distinctes 21 et 22. Les turbines montées à gauche et à droite comportent chacune en outre deux roues de turbine 29 et 31 d'une part, 33 et 35 d'autre part, avec une roue directrice 30,34 placée entre elles. Les gaz sortant des turbines passent dans les tuyauteries 26 et 27, d'où ils s'échappent à l'air libre, soit directement, soit à travers d'autres dispositifs. Les roues de turbine sont
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montées sur un arbre commun 25.
Au lieu de deux turbines assemblées, on pourrait installer aussi deux turbines in- dépendantes l'une de l'autre. l'invention s'applique également aux moteurs à deux temps. Comme les périodes d'échappement et l'admission de ces moteurs sont beaucoup plus courtes, on peut faire déboucher un plus grand nombre de cylindres dans la même tuyauterie d'échappement, sans que cela empêche de donner à la contre-pression en avant de la turbine une valeur aussi basse que possible, pour permettre encore le balayage des cylindres de combustion.
R e v e n di cations .
1. Moteur compound à combustion à compresseur préalable et combiné avec une turbine à gaz d'échappement, moteur caractérisé par le fait que la tuyauterie d'échappement montée entre le moteur et la turbine, ainsi que les sec- tions d'entrée dans celle-ci ont des dimensions telles, et que le moment de l'écoulement des gaz d'échappement est choisi de telle sorte que la pression des gaz d'échappement en avant de la turbine dépasse la pression de charge au début de l'échappement, pour retomber, vers la fin de l'échappement, à une valeur plus basse, qui est de pré- férence supérieure à la pression atmosphérique.
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for the invention entitled:
The invention relates to a compound internal combustion engine with a primary compressor and an exhaust gas turbine. It consists in giving the inlet sections of the exhaust gas turbine, as well as the section and the capacity of the pipes bringing the exhaust gases to this turbine, dimensions such, and in choosing the moment of the exhaust gas flow in such a way that after
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the beginning of the exhaust, the pressure prevailing in front of the exhaust gas turbine exceeds the charge pressure and does not drop until towards the end of the exhaust. a smaller value, which is preferably greater than atmospheric pressure.
By virtue of this increase in pressure in front of the turbine, greater power is obtained from the turbine. This makes it possible to discharge a greater quantity of charge or purge air, or to compress this air under a higher pressure, when the turbine operates the load compressor or the purge air compressor, or both. Despite this, and thanks to the lower pressure prevailing in the combustion cylinders at the end of the exhaust, it is avoided that a large quantity of exhaust gas remains in these cylinders at the end of the exhaust, which would have with the effect that the new load introduced would simply be heated up or even reduced.
The onset of flow out of a cylinder must take place late enough not to prevent the production of the lower pressure in the cylinder where the exhaust previously took place.
The dimensions of the pipes carrying the exhaust gases to the turbine may be such that the lowest pressure in front of the turbine, at least for determined engine loads, is lower than the pressure of the previously compressed load. In this case each combustion cylinder can still be swept by a new charge.
It is only necessary to ensure that the admission bodies
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and exhaust of the same combustion cylinder are opened at the same time during the purging, and that the exhaust member of the cylinder from which the combustion gases subsequently escape does not open until late enough for there is no excessively rapid increase in pressure in the pipe going to the turbine which prevents flushing. The distribution times must be modified according to the number of cylinders which are exhausted in the same pipe.
Thus, for example, in four-cylinder four-stroke engines the intake member of the combustion cylinders will have to open sooner, and the exhaust members later than is usually the case. this is currently the case for ordinary four-stroke engines, especially if the pressure is to be as low as possible towards the end of the exhaust strokes.
When more than four or five cylinders, especially when it is a four-stroke engine, send their exhaust gases through a common pipe going to the turbine, it can happen, especially when the engine is relatively loaded, that the lower limit of the pressure of the exhaust gases in front of the turbine cannot be maintained long enough or not at all below the charge pressure, the exhausts of the different combustion cylinders succeeding each other too quickly. To remedy this drawback, it is possible to arrange several pipes between the combustion cylinders and the turbine, so that three or more than three cylinders per
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example have a common piping for the exhaust gases.
It will preferably be arranged so that the cylinders whose escapements follow each other as much as possible at the same time intervals, have a common exhaust pipe. This results in uniform charging, sweeping and exhaust of the various combustion cylinders and the operation of the turbine is also improved.
The various exhaust pipes can lead to one or more turbines. the two accompanying drawings show the operation and assembly of engines constructed according to the invention.
Fig. 1 shows, on a greatly enlarged scale, the pressure variations in the cylinders of a four-stroke four-cylinder internal combustion engine over two full revolutions.
Line 2 shows the arrangement of the cranks of its crankshaft.
Fig 3 shows the pressure variations in front of the turbine, and
Fig. 4 shows the valve liftings of the intake and exhaust components of the four-cylinder engine.
Fig. 5 schematically shows an eight-cylinder four-stroke engine combined with two exhaust gas turbines, and fig. 6 shows the arrangement of its cranks on the crankshaft.
Figs. 7 and 8 show particular modes of construction of exhaust gas turbines.
In fig. 1 the pressures in the combustion cylinders are represented by the curves P1,
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1,11,111, IV are the four cylinders in the order of their juxtaposition. The working phenomena take place in these cylinders according to the numbers 1,2,3, and 4, so that each phenomenon is reproduced after the crank shaft has turned by 180.
Fig. 2 is a longitudinal section and a cross section showing the position of the engine cranks such that the individual phenomena recur at equal time intervals.
If we now consider, in fig. 1, the pressure variations in cylinder III, (2), it can be seen that combustion and expansion occur between o and @ 180 degrees. The escape organ opens before the 180 are reached. Now, the dimensions of the pipe going to the turbine are such, according to the invention, that the exhaust pressure, instead of falling suddenly from the moment of opening of the exhaust member, only drops relatively slowly as the shaft continues to rotate between 180 and 360. It has been assumed, in fig. 1, that this pressure falls a little below the charge pressure prevailing during the second revolution, during the suction stroke when the shaft rotates from 360 to 180.
As the engine continues to rotate 180 to 360, the load in the cylinder is compressed again. The end of the compression, as well as the combustion and the start of the expansion are not represented by the curves p1, to avoid a too small scale. Combustion may resemble an explosion,
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combustion under constant pressure or otherwise occur.
Fig. 3 shows the effect of the operating mode in question on the pressure prevailing in the exhaust gas piping. Around 180 of the first revolution shown of the engine, that is to say shortly after, the pressure p2 rises sharply, to fall below the charging pressure p at around 360. At this time the same phenomenon occurs again, caused by the exhaust gases leaving cylinder IV, and so on. pa indicates the atmospheric pressure, both in fig. 1 than in fig. 3, which shows that this is a charge motor.
If we now consider, in fig. 4, the valve lift curves a111 and b11 of cylinder III, (2), the first of which is that of the exhaust member and the last that of the intake member, we see that the member d The exhaust opens a little before 180 of the first revolution of the engine, not to close until around 360. At this time, as shown in fig. 3, the pressure begins to rise in the exhaust pipe to exceed the charge pressure p, the exhaust member of cylinder IV having previously opened according to the lift curve AIV and the gases entering the pipe of the escapement having increased the pressure again.
At the moment when the pressure p falls below p during the first revolution of the engine, the intake member of cylinder III can open, as shown by the opening curve b III
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It will be assumed that this member remains open until the end of the suction stroke at around 180 of the second revolution of the engine. The sweeping can be done by a new load between the first and the second revolution of the engine, before or after the crank angle 3600, the intake member and the exhaust member being open at the same time, the pressure .? being then greater than p2, as shown in FIG. 3.
Horizontal hatching highlights this sweeping period in the opening curves of the intake bodies BiI bII, b11 and vi
Fig. 5 shows an eight-cylinder four-stroke engine, I, II, III, IV, V, VI, VII and VIII are the eight cranks of the main shaft 11.10 is the base of the engine, on which the base is fixed. combustion cylinders; 13,14,15,16,17,18,19 and 20 are the bottoms of these cylinders.
In addition, the figure now only shows the pipes
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exhaust 13 ', 1', 15 ', 16', 1,18 ', 19 and 20' leading to the turbine the exhaust gases leaving the cylinders.
The charge air piping is removed, as it will only affect clarity. The exhaust pipes of each group of four cylinders, that is to say of cylinders I, IV, V and VIII and of cylinders II, III, VI and VII, respectively each open into a common pipe 21 or 22 respectively abrupting to a particular turbine 23 or 24. The two turbines 23 and 24 work on the same shaft 25, which can provide work for example outside. 26 and 27 are the exhaust pipes of these turbines.
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Fig. 6 shows the position of the cranks, as well as the succession of ignitions in the cylinders, as in la'fig. 2. It can be seen that the exhaust pipes opening into a common collecting pipe 21 or
22 are those of the indres whose cranks are located in the same plane, as is also the case for the crankshaft shown in FIG. 2. The ignitions therefore follow one another in these cylinders each time the shaft has turned by 1800; it is the same for the ignitions of the four other cylinders, except that they are offset by 900 compared to the preceding ones.
Instead of two turbines, there can also be only one, as shown in fig. 7. 21 and 22 are also the two pipes leading to the single turbine 23 comprising for example two different intake sections 25 is the shaft of this turbine.
Or one can install two turbines which can be assembled as shown in figl 5 so that all axial thrusts cancel each other out. This turbine has two intake ports 28 and 32 into which the gases enter through separate pipes 21 and 22. The turbines mounted on the left and on the right each further include two turbine wheels 29 and 31 on the one hand, 33 and 35 on the other hand, with a steering wheel 30, 34 placed between them. The gases leaving the turbines pass through the pipes 26 and 27, from where they escape into the open air, either directly or through other devices. Turbine wheels are
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mounted on a common shaft 25.
Instead of two assembled turbines, it would also be possible to install two independent turbines. the invention also applies to two-stroke engines. As the exhaust and intake periods of these engines are much shorter, a greater number of cylinders can be discharged into the same exhaust pipe, without this preventing the back pressure from being given forward. the turbine to a value as low as possible, to still allow the scanning of the combustion cylinders.
R e v e n di cations.
1. Compound combustion engine with pre-compressor and combined with an exhaust gas turbine, engine characterized by the fact that the exhaust pipe mounted between the engine and the turbine, as well as the inlet sections in that - these have such dimensions, and that the moment of the flow of the exhaust gases is chosen so that the pressure of the exhaust gases in front of the turbine exceeds the load pressure at the start of the exhaust, to drop, towards the end of the exhaust, to a lower value, which is preferably greater than atmospheric pressure.