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Perfectionnements aux moteurs à combustion interne àquatre temps.
La présente invention se rapport à des perfectionnements aux moteurs à combustion interne, dits à quatre temps, dans lesquels la charge des cylindres est augmentée par introduction d'air sous pression provenant d'un compresseur ou d'une souf- fleriee
La combinaison est bien connue, d'une soufflerie entraînée par une turbine ou machine d'échappement, la surcharge se faisant de telle sorte que toute la quantité d'air remplissant un cylindre de la machine soit introduite par la souffleries
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D'une façon générale, l'énergie quittant une machine à combustion interne surchargée, avec les gaz d'échap- pement,
est juste suffisante pour comprimer la charge d'air de ladite machine à combustion interne à une pression pratiquement égale à la pression moyenne d'échappement. En d'autres termes, les gaz d'échappe- ment sont présents en quantité telle qu'après déduction des pertes inévitables dans la turbine d'échappement et la soufflerie, ils produisent juste la quantité d'énergie nécessaire pour la compression de la charge d'air jusqu'à une pression correspondant à la pression moyenne des gaz d'échappement.
Toutefois, pour l'obtention d'une pression moyenne élevée, indiquée, sans une augmentation simul- tanée de la température d'échappement, il ne suffit pas d'être en état de remplir des cylindres de la ma- chine avec de l'air de combustion, 'à une pression supérieure à la pression atmosphérique . On est donc obligé, en outre, pour utiliser intégralement ladite surcharge, de balayer aussi complètement que possible les gaz d'échappement restant dans le cylindre, et ceci, à un moment antérieur à celui de l'admission de la charge pré-comprimée.
Un tel balayage peut avoir lieu à la fin de la période d'échappement et au com- mencement de la période d'aspiration, les organes d'échappement et d'aspiration étant décalés de telle sorte dans leur fonctionnement, que les orifices d'échappement et d'aspiration soient ouverts simul- tanément, pendant un temps convenable.
Mais le ba- layage est conditionné par le fait que la pression de charge soit supérieure à la pression d'échappement
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pendant ladite périodeDans les moteurs à combustion interne ne comportant qu'un petit nombre de cylindres, ledit balayage sera d'un accomplissement aisé, mais, au contraire, dans le cas de moteurs à grand nombre de cylindres, le balayage serait parfoir gêne par le fait que les périodes de balayage des différents cy- lindres empiéteraient 1 une sur l'autre, de telle sorte que la pression dans le collecteur d'échappement commun, au début de la période de balayage d'un cy- lindre, serait considérablement accrue.
Si cette pression, ainsi accrue, vient à égaler ou à dépasser la pression de charge ( pression produite par la souf- flerie), à un moment où le balayage devrait avoir lieu dans un cylindre, ledit balayage ne peut se pro- duire. Ce inconvénient peut être évité en disposant les cylindres de telle sorte que leur échappement ait lieu dans plusieurs tuyaux d'échappements ou manifolds et qu'il n'y ait, sur le même manifold, que des cy- lindres dont les périodes d'échappement n'empiètent pas les unes sur les autres. Cette disposition de plusieurs manifolds augmente le prix de la machine et rend cette dernière plus compliquée et plus volumineuse, ce dernier inconvénient étant particulièrement gênant dans le cas de machines pour lesquelles remplacement est limité, par exemple à bord des navires.
La présente invention, au contraire, se rapporte à la constitution d'un groupe à combustion interne, dans lequel on obtient, à la fois, la surcharge des cylindres du moteur et un balayage efficace de ceux-ci, d'une manière très économique, sans qu'il soit né- cessaire d'entraîner la ou les souffleries de sur
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charge au moyen d'énergie produite séparément, c'est -à-dire au moyen d'énergie autre que celle tirée des gaz d'échappement. Il est bien connu qu'il n'y a pas besoin d'introduire soas pression toute la charge d'air dans les cylindres, et qu'il suffit que la dernière phase de l'introduction de ladite charge ait lieu sous pression, l'intro- duction du resta de l'air ayant lieu simplement sous la pression atmosphérique.
L'objet de l'invention est principalement caractérisé en ce que la soufflerie servant à l'introduction de l'air comprimé de balayage et de surcharge est entraînée, d'une manière connue en soi, au moyen d'une turbine ou autre machine d'échappement, et en ce que l'introduction d'air pre-comprimé n'a lieu, exactement ou. à peu près, que pendant la période de balayage et la dernière phase de la période d'admission, l'introduction du reste de la charge ayant lieu par aspiration d'air à la pression atmosphérique,,
L'invention rend ainsi possible l'utilisa- tion, d'une manière plus efficace qu'auparavant, de l'énergie des gaz d'échappement, pour la pré- compression de l'air de combustion.
On peut ainsi, à égalité d'énergies d'échappement, obtenir une pression de charge bien plus élévée qu'avec les dispositifs antérieurement connus, et ceci, parce que la consommation d'air pré-comprimé devient alors bien moindre que dans le cas où toute la charge est introduite sous pression.'On peut, pr suite, faire l'échappement de tous les cylindres dans un manifold commun conduisant à laturbine
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ou machine d'échappement, même dans le cas de moteurs à combustion interne comportant un grand nombre de cylindres, car la pression de la souf- flerie peut, dans ce cas, être plus élévée que celle existant dans le manifold collecteur d'échap- pement.
En d'autres termes, la pression dans la canalisation d'arrivée de l'air de charge peut être maintenue supérieure à celle d'un cylindre du moteur ou à celle du manifold collecteur d'échappe- ment à la fin de la période d'échappement d'un cy- lindre, même si l'échappement d'un autre cylindre vient réagir sur celui du premier, de telle sorte que le résultat obtenu est un balayage efficace et, en même temps, la possibilité de forcer la sur= charge jusqu'au degré désiré.
Dans certains cas, toutefois, on peut préférer que les échappements des cylindres arrivent à des manifolds communs seulement chacun à un groupe de cylindres dont les périodes d'échappement n'em- piètent pas les unes sur les autresm Ceci est le cas, en particulier, si l'on désire disposer le fonctionnement de manière à ce que la pression de la soufflerie puisse être maintenue relativement faible.Conformément à l'invention, le moteur pour- ra fonctionner à une pression moyenne d'échappement, soit élevée,soit basseo Dans le premier cas, la résistance à l'échappement dans le cylindre, est relativement grande, et le travail à l'intérieur du cylindre est diminué.
Si, au contraire, on utilise une pression moyenne d'échappement plus
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faibl,e, la résistance à l'échappement dans le cylindre actif diminue de façon correspondante, et le cylindre fournit alors un travail propor- tionellement plus grand. L'avantage de ce dernier mode de fonctionnement est de permettre une di- minution des dimensions de la turbine d'échappe- ment et de la soufflerie et, par suite, l'ob- tention d'un groupe de prix moins élevé.
Si, au contraire, le moteur fonctionne à une pression moyenne d'échappement relativement élevée, l'éner- gie d'échappement devient relativement considé- xable, et on peut, obtenir de la soufflerie une pression élevée, ou bien la compression d'une quantité importante d'air, ce qui, dans les deux cas, assure un balayage efficace et une surcharge satisfaisante.
L'invention peut également , en particulier, au fonctionnement à une faible pression de ba- layage, être utilisée de telle sorte qu'une partie seulement de l'énergie des gaz d'échappe- ment soit employée dans la turbine d'échappement, pour entraîner la soufflerie, l'énergie restante étant alors utilisée à d'autres fins. La quantité d'air nécessaire au balayage et à la surcharge du.moteur est, en effet, inférieure, grâce à l'invention, à celle nécessaire dans les groupes où toute la charge d'air est pré-comprimée. Ce dernier point rend également possible la construct- ion de groupes de turbines d'échappement de dimen- sions plus-réduites que dans le cas des disposi- tifs connus.
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L'air de surcharge peut être fourni aux cylindres du moteur,par exemple à travers des canalisations dérivées, sortant d'un collecteur dair commun, et l'admission de cet air dans les cylindres peut être commandée au moyen de soupapes spéciales, ou de tiroirs, qui peuvent, par exemple, être couplés avec les soupapes d'aspiration* La charge normale d'air est alors aspirée à 1 air libre par une canalisation spéciale, munie, si on le désire, d'une soupape de retenue.
D'autres méthodes peuvent d'ailleurs être employées pour l'introduction d'air atmosphérique et d'air comprimé, celle qu'on vient d'indiquer ne l'ayant été qu'à titre non limi- tatifs
L'invention sera mieux compiise si l'on se reporte aux dessins joints qui en illustrent l'application: la figure 1 est un diagramme à ressort faible pour un moteur connu à combustion interne, quatre temps, fonctionnant avec pré-compresseur entraîne par une turbine d'échappement*, la figure 2 est un diagramme similaire relevé sur un moteur conforme à l'invention;
la figure 3 représente schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de moteur à combustion interne, à quatre temps et à huit cylindres, conforme à 1 invention.
Si l'on se reporte à la figure 1, l'axe a correspond à la pression atmosphérique, b c est la courbe de la pression d'échappement, c d la courbe de la pression d'aspiration, et. d e la première partie de
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la courbe de compression. Les conduites d'échappement du moteur étant disposées de telle sorte que les pé- riodes d'échappement des différents cylindres n'empièt- ent pas les ânes sur les autres, la courbe d'échappement est descendante sur toute la distance comprise entre b et c.
Dans la période couverte par la courbe c d, l'aspiration a lieu, mais la soupape d'aspiration est, comme connu, déjà ouverte pendant la dernière partie de la course d'échappement, c'est-à-dire avant que soit atteinte la position de point mort correspondant au point a du diagramme. La courbe d'aspiration c d se relève faiblement, de telle sorte que son point final d est quelque peu plus élevé que son point initial c.
La hauteur du point d au dessus de l'axe de pression atmosphérique représente alors la quantité dont la pression dans le cylindre est supérieure à la pression atmosphérique. au début de la course de compression.
Dans le diagramme de la figure 2, a est encore l'axe correspondant à la pression atmosphérique* La pre- mière partie de la courbe d'échappement est désignée par les lettres f g , et sa forme indique une pression tom- bant constamment, l'échappement, pendant cette période, ayant lieu sans résistance à l'échappement, dans le col- lecteur d'échappement, provenant de l'échappement d'autres cylindres.
Mais la partie adjacente de la courbe d'échap- pement se relève à partir du. point g, jusqu'au point h, car on a supposé que touts les cylindres ont leur échap- pement dans un manifold unique et ce relèvement de g en h est dû à ce qu'un ou plusieurs autres cylindres sont à l'échappement dans la même périodeAu moment de
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la période d'échappement correspondant au point h, la soupape d'aspiration est ouverte et, simultanément ou presque, la communication avec la conduite de la soufflerie est ouverte.
Dans cette conduite, il existe une pression relativement élevée, de telle sorte que la pression dans le cylindre est alors encore augmentée et qu'un peu après le point mort, pendant la première partie de la course d'aspiration, la pression dans le cylindre se trouve avoir atteint une valeur relativement élevée, représentée au diagramme par l'abscisse i. Grâce au fait que la pression dans la conduite de la soufflerie est beaucoup plus élevée que celle dans la conduite d'échap- pement, il se produit, pendant cette période, un balayage extrêmement efficace. Si alors, la communication avec la conduite de la soufflerie est coupée, à un instant correspondant au point k, la partie suivante du diagramme sera sous forme d' une courbe à descente rapide, parce que la pression dans le cylindre tombe.
En même temps, ou presque, la communication avec l'atmosphère est ouverte et l'aspiration se produit alors selon la courbe k 1, située, dans sa plus grande partie, au dessous de l'axe de pression atmosphérique ao Au moment correspondant au point 1, la communication avec la conduite de la soufflerie est de nouveau ouverte et, simultanément ou presque, la communication avec l'atmosphère est coupée;
la pression augmente alors rapidement pendant la fin de la course d'aspiration et le commencement de la course de compres- sion, la communication avec la conduite de la soufflerie n'étant coupée que peu après ledit commencement de la course de compression, au point mo A ce moment, il y a donc dans le cylindre une pression considérable, corre- spondant à l'ordonnée du point mo
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A la figure 3, les chiffres romains I à VIII désignent les huit cylindres d'un moteur à huit cy- lindres, munis, chacun, d'une soupape d'échappement 1 et d'une soupape d'aspiration 2.
Combinée avec cette dernière est une soupape supplémentaire, un tiroir, oa autre organe de commande au moyen duquel de l'air peut être introduit dans le cylindre, soit à partir de 1''atmosphère, à travers un tuyau 3 perforé comme un tamis, soit sous pression, à partir d'une canali- sation dérivée 4. Les canalisations dérivées 4 partent d'une canalisation principale 5, reliée à un compres- seur centrifuge 6. Ce compresseur est entraîne en couplage direct par une turbine d'échappement 12, à laquelle les gaz d'échappement sont amenés à travers un manifold 8, qui est commun à tous les cylindres, les échappement de ceux-ci lai étant reliés par des canalisations dérivées 7.
Le manifold 8 se divise à son extrémité pour former une canalisation 10, con- daisant à la turbine d'échappement 12 et une autre canalisation 9, qui débouche dans une conduite d'échap- pement 13, sortant elle-même de la turbine et commu- niquant, soit avec un pot d'échappement, soit avec un silencieax, soit, directement, avec l'atmosphère.
11, 14, sont des clapets commandés, au moyen desquels les gaz d'échappement peuvent être dirigés sur l'une ou l'autre des deux voies qui leur sont ouvertes, soit à travers la turbine, soit directement, en dépassant celle-ci sans la traverser. Il doit être bien entendu que la forme de réalisation décrite et représentée à la figure 3, ne 7,'est qu'à titre d'exemple non limi- tatif, de l'application de'1'invention, et que cette dernière peut être mise en oeuvre d'un grand nombre .
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d'autres manières, sans sortir de l'esprit de l'in- ventiono C'est ainsi qu'on peut employer plusisurs groupes de turbines, de telle sorte que des groupes de cylindres du moteur aient chacun leur échappement sur une turbine d'échappement qui leur est commune.
De même, la disposition peut aussi être telle qu'une seule turbine soit commune à plusieurs groupes à combustion interne. Une seule turbine peut entraîner plusieurs souffleries, ou, au contraire, plusieurs turbines peuvent être employées à l'entraînement d'une seule soufflerieo Les souffleries peuvent compor- ter un ou plusieurs étages de compression et, dans le cas ou ces souffleries sont multiples, elles peuvent fonctionner en série ou en parallèles La construction des souffleries est d'ailleurs "ad libitum" et on peut employer à la place d'une turbine d'échappement toute autre machine actionnée par les gaz d'échappement, etc...
R é s u m é.
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