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Procédé et dispositif perfectionnés pour charger des moteurs à combustion interne
La présente invention concerne un procédé perfectionne et un dispositif pour cliarger des moteurs à combustion in- terne du genre dans lequel une soupape séparée (ou une sé- rie de soupapes) est employée pour l'admission de l'air (ou d'un mélange d'air et de combustible) dans un cylindre, pour le distinguer des moteurs dans lesquels une seule sou-
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pape ou série de soupapes sert à la fois à l'admission et à l'échappement; l'invention, est applicable aux moteurs dans lesquels de l'air seul est admis par la soupape d'admission ou les soupapes d'admission et éga- lement aux moteurs dans lesquels un mélange d'air et de combustible est ainsi admis.
Le but principal de l'invention est de perfec- tionner le rendement d'un moteur à combustion interne.
Le but particulier est de rendre possible, dans un mo- teur à mélange, l'emploi d'un courant continu de mélange en face de la soupape d'admission.
D'autres buts apparattront ci-après.
En conséquence, l'invention fournit un procédé de fournir de l'air ou un mélange de combustible et d'ait à un moteur à combustion interne, procédé qui consiste à faire circuler l'air ou le mélange d'une manière continue en un circuit fermé en face de la soupape d'admission, Pendant la course d'aspiration du piston, la soupape d'ad- mission est ouverte et une partie de la masse d'air ou de mélange en circulation entre dans le cylindre. Pour rempla- cer cette partie, une quantité correspondante d'air ou de mélange vient se joindre à la masse en circulation par une lumière située convenablement dans le circuit fermé.
En outre, suivant l'invention, un moteur à com- bustion interne comportant un dispositif pour la mise en pratique du procédé indiqué ci-dessus comprend un organe d'impulsion et un conduit partant de l'ouverture de sortie de l'organe d'impulsion, passe en face de la soupape d'ad- mission et revient à l'admission de l'organe d'impulsion.
Le circuit de l'organe d'impulsion constitue le trajet fermé mentionné plus haut,
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Suivant une autre caractéristique de la présen- te invention, un moteur à combustion interne comprend un moyen (par exemple un coude dans le conduit ou des ailet- tes formées dans la culasse du cylindre) pour faire tour- billonner l'air ou le mélange dans le voisinage de la sur- face d'admission,
Ce moyen est de préférence disposé de telle façon que le tourbillonnement se fait sensiblement suivant l'axe de la soupape d'admission Le tourbillonne- ment peut être produit par le fait qu'on construit ce con- duit de plus grande section transversale à l'endroit où il s'approche de la soupape d'admission qu'à l'endroit où il quitte la soupape d'admission et cette caractéristique peut être employée en combinaison avec les ailettes ou le coude indiqué ci-dessus.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention, un moteur à combustion interne comprend une soupape d'étranglement dans le conduit entre la soupape d'admission et l'admission de l'organe d'impulsion. Le but d'une soupape d'étranglement ainsi située est de per- mettre d'employer l'organe d'impulsion comme surchargeur d'une manière déorite ci-après.
Suivant une autre caractéristique encore de l'in. vention, une partie du conduit près de la soupape d'admis - sion est chauffée par les gaz d'échappement de sorte que l'air ou le mélange est chauffé dans une certaine mesure avant d'être introduit dans le cylindre. De préférence, la soupape d'admission est située dans un coude dans le conduit et la partie chauffée en question est située dans la courbe extérieure du coude. Le but de cette disposition est de faire en sorte que le combustible, lorsqu'on em- ploie un mélange, soit complètement vaporisé avant que le mélange soit introduit dans le cylindre. La manière dont le
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combustible est vaporisé sera décrite dans la suite.
Le mélange d'air est admis dans le circuit de l' organe d'impulsion, comme on l'a mentionné, par une lumière et suivant une autre caractéristique de la présente inven- tion cette lumière est commandée par une soupape d'étran- glement. Dans le cas d'un mélange, la lumière peut être reliée à un carburateur et la soupape d'étranglement peut être le papillon du carburateur. La lumière est de préfé- rence située à l'entrée de l'organe d'impulsion de façon que lorsque la soupape d'étranglement est ouverte, l'air ou le mélange soient aspiré.
La présente invention est particulièrement appli- cable à un moteur à combustion interne renfermant l'invan- tion décrite au brevet belge No 336.678, et lorsque l'in- vention est appliquée de cette manière., la soupape d'admis- sion est de préférence masquée de façon que le mouvement de la soupape soit suffisamment rapide pendant sa courte période d'ouverture pour qu'une charge convenable d'air ou de mélange soit admise dans le cylindre. Le masquage de la soupape simplifie également la construction de la came de commande de soupape d'admission.
La soupape d'étranglement, située entre la soupa- pe d'admission et l'entrée de l'organe d'impulsion peut être accouplée à un régulateur de vitesse actionnée par le moteur ; suivantune variante, la soupape d'étranglement peut être commandée par un dispositif barométrique au moyen duquel le degré d'effet de surcharge obtenu est commandé automatiquement par la pression atmosphérique régnante.
Dans une variante de construction suivant la pré- sente invention, la soupape d'admission est entourée par une chambre de section transversale allant ! en diminuant
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et un conduit d'aspiration pénètre dans la chambre à la partie la plus grande de celui-ci. Le but de cette dispo- sition est de produire une circulation continue rotative d'air ou de mélange au-dessus de la face postérieure de la soupape d'admission.
Un moteur renfermant la présente invention va maintenant être décrit avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 est une coupe verticale dans la cu- lasse du moteur et dans le ventilateur, la coupe étant faite par la ligne 1-1 de la figure 2.
La figure 2 est une vue en plan, avec la culasse du cylindre en coupe
La figure 3 est un schéma montrant l'applica- tion d'un régulateur de vitesse à la commande de la sou- pape d'étranglement de surcharge.
La figure 4 est une vue schématique montrant une construction différente de la culasse du cylindre suivant la présente invention,
Comme le montrent les figures 1 et 2, la culas- se 10 du cylindre comprend une lumière d'admission 11 commandée par une soupape d'admission 12 et une lumière d'échappement 13 commandée par une soupape d'échappement 14. Le piston 15 est représenté dans le point de sa cour- se voisin de la culasse, laissant un espace de compres- sion 16 au sommet du cylindre, espace qui constitue la chambre de combustion.
Formé d'une pièce avec la culasse du cylindre, se trouve un conduit incurvé 17 et un conduit d'admis- sion en forme d'U désigné par 18. Le conduit d'admission 18 qui tourne complètement sur lui-même comprend une
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branche 19 pour l'admission de l'air ou du mélange et une autre branche 20 par laquelle l'air ou le mélange s'éloi- gne de la souape. Les branches du conduit sont séparées par une cloison verticale 30 et comme on l'a représenté la branche- de sortie 20 est de plus petite section trans- versale que la branche d'entrée 19.
Un ventilateur 21 est boulonné à la culasse du cylindre 10 dans une position telle que son tuyau de dé- bit 22 correspond avec l'extrémité de la branche 19 du conduit 18 et que le tuyau de retour 23 correspond avec l'extrémité de la branche 20. Le rotor (non représenté) du ventilateur est monté sur un arbre 24 qui porte une pou- lie 25. Le tuyau de retour 23 du ventilateur pénètre dans l'admission du ventilateur d'un coté et de l'autre coté il y a une lumière 26 commandée par une soupape d'étranglement 27 qui est située dans une courte longueur . du tuyau d'admission 28.
Le tuyau d'admission 28 peut être ouvert à l'atmosphère ou bien dans le cas d'un moteur à mélange, il peut être relié à un carbutateur 29 comme on l'a représenté en pointillé à la figure 2, ou bien il peut être accouplé à une autre source de mélange combus tible tel que de l'air et du gaz de ville.
Le tuyau de retour 23 du ventilateur contint une soupape d'étranglement 31 comportant un levier de commande 32 ; la forme particulière de construction représentée à la figure 2, le levier 32 est relié par une bielle 33 à un dispositif barométrique 34 attaché à une pièce fixe 35.
On peut voir à la figure 1 que la soupape d'ad mission 12 est pourvue d'un masque 36 dont le fonctionne- ment est décrit ci-après,
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Le fonctionnement du moteur va maintenant être décrit tel qu'il se produit lorsqu'un carburateur est relié à la lumière 26 comme le montre la figure 2.
Si on suppose que le moteur a été mis en mar- che, le ventilateur qui est actionné par une courroie reliant la poulie 25 à une poulie de commande sur le vi- lebrequin du moteur fait circuler un courant de gaz con- sistant en du pétrole vaporisé, de l'air et de petites particules de pétrole non vaporisé dans son tuyau de débit 22, autour du conduit d'admission 18, au-dessus de la face postérieure de la soupape d'admission 12 avec retour par le tuyau de retour 23 vers l'admission du ven- tilateur. Lorsque le courant de gaz pénètre dans la bran- che 19 du conduit d'admission 18, toutes les particules de pétrole liquide tendent à voler droit vers l'avant et à frapper un point tel que 37.
Cette région du conduit est chauffée par les gaz d'échappement sortant par le conduit d'échappement 17 et les.gouttes de pétrole sont ainsi complètement vaporisées et se joignent à la masse de gaz à l'état de vapeur de pétrole. La forme incurvée du conduit d'admission 18 produit un mouvement de tour- bilbnnement du gaz circulant dans celui-ci. Une partie du gaz est mise en mouvement de tourbillonnement autour de l'axe de la soupape 12 tandis qu'une partie retourne au ventilateur par la branche 20 et le tuyau de retour 23, comme le montrent les flèches.
Lorsque la soupape 12 s'ouvre pour la course d'admission du moteur, le mélange entre dans le cylindre par la lumière 11 en une masse tourbillonnante,Lorsque la soupape d'admission se ferme de nouvea , la rotation et la circulation du. mélange continuent comme précédent
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ment, Le mélange entrant dans le cylindre est remplacé dans les circuits du ventilateur par le mélange venant du carburateur 29 par la lumière 26.
La raison principale pour laquelle on fait la branche 20 du passage d'admis- sion 18 un peu plus petite que la branche 19 est de con.. server la vitesse de la quantité réduite de mélange, mais cette disposition contribue également, comme on l'a re- marqué au mouvement tourbillonnant du mélange, Une quan- tité plus ou moins grande du mélange est admise dans le circuit du ventilateur suivant la position de la soupape d'étranglement 27. La vitesse du moteur peut par consé- quent être commandée par cette soupape.
Si alors la soupape d'étranglement 31 est par- tiellement fermée, le mélange est gêné pour retourner vers le ventilateur par le tuyau de retour 23 et la pres- sion dans le conduit d'admission 18 est augmentée par l'action du ventilateur. Cette augmentation de pression donne un effet de surcharge au moteur et l'amplitude de l'effet de surcharge est déterminée par la position de la soupape 31.
Le levier 32 est normalement accouplé à une com- mande à la main mais il peut avantageusement, comme dans le cas de moteurs d'aéroplanes, être accouplé à un dispo- sitif barométrique 34 de façon que lorsque la pression de l'atmosphère diminue pour une raison quelconque la soupa.. pe 31 soit partiellement fermée et l'effet de surcharge soit produit.
Lorsque l'invention est appliquée à un moteur à allumage par compression, le carburateur 29 peut ttre supprimé et un filtre d'air adapté seulement sur le tuyau 28. De l'air seul circule tout le long du circuit du ven-
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tilateur mais à part cette différence le fonctionnement du moteur est semblable au fonctionnement décrit ci-dessus.
La soupape d'étranglement 31 permet au ventilateur 21 d'agir comme surchargeur comme on l'a décrit ci-dessus.
Il est préférable, lorsqu'on applique l'invention décrite dans le brevet belge No 336,678, d'employer une soupape masquée 12 comme on l'a représenté à la figure 1.
Par l'emploi d'un masque, au moment où la lumière 11 s'ou- vre, la soupape 12 se meut à une vitesse considérable et en ne partant pas simplement du repos. Ceci permet à la soupa- pe d'être ouverte et fermée en une période angulaire plus courte du cycle que ce ne serait possible sans l'emploi du %asque 36.
A la figure 3, le cylindre 40, le carter 41, le piston 15, la bielle 42 et les autres pièces sont représen- tées par leurs contours,. Le vilebrequin actionne un arbre transversal 43 par l'intermédiaire de roues coniques 44.
Un arbre vertical 45 transmet la force motrice de l'arbre 43 à l'arbre à cames 46 par l'intermédiaire d'engrenages appropriés. Une came d'échappement 47 et une came d'admis- sion 48 sont formées d'une pièce avec l'arbre 46 et action- nent les soupapes 14 et 12 respectivement, oontre la pres- sion des ressorts de soupape 49.
Une soupape d'étranglement 50 est située dans le tuyau de retour 23 du ventilateur 21 et est reliée par son levier de commande 51 à une bielle 52 dont l'autre extrémité est articulée à un bras d'un levier coudé 55 dont l'autre bras est en prise avec une rainure 54 de l'organe coulis- sant 55 d'un régulateur centrifuge 56 monté sur l'arbre 43.
Lorsque la vitesse du moteur augmente, la vitesse @ avec laquelle l'air ou le mélange passe du circuit du ven-
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tilateur par la lumière 11 dans le cylindre augmente égale. ment, mais pas en rapport direct avec la vitesse du moteur et la charge tend par conséquent à devenir moindre aux vi- tesses élevéeq.
On voit que dans la disposition représentée à la figure 3, lorsque la vitesse du moteur augmente, l'or gane coulissant 54 du régulateur centrifuge 55 se meut vers l'intérieur, la bielle 52 est attirée vers le bas et la soupape 50 est partiellement fermée de sorte que la pres- sion de l'air ou du mélange entre la sortie du ventilateur et la soupape d'admission 12 est augmentée par l'effet de surcharge décrit ci-dessus, Le régulateur peut être établi de telle façon et les longueurs des bras des leviers coudés 53, etc, être choisis de telle façon que l'effet de surchar- ge produit lorsque la vitesse du moteur augmente maintient simplement constante la quantité de charge admise dans le cylindre.
Suivant une variante, les 'constituants peuvent être établis de telle façon que l'effet de surcharge augmen- te avec la vitesse comme cela peut être désirable par exem- ple dans les moteurs de voitures de course,
On comprend que dans la disposition représentée à la figure 3 la vitesse réelle du moteur est réglée par une soupape d'étranglement d'admission telle que 27 à la figure 2. La soupape d'étranglement d'admission peut également ê- tre commandée par le régulateur centrifuge 56, ou bien elle peut être commandée à la main,
On voit qu'un moteur renfermant la présente inven. tion a de nombreux avantages sur les moteurs de construction connue, Par exemple il est possible d'employer un flux con- tinu de mélange en face de la soupape d'admission d'un mo- teur à mélange.
Ce flux continu présente les avantages, par exemple, d'un plus grand rendement volumétrique par suite
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de l'admission immédiate d'une masse mobile de mélange lors- que la soupape est ouverte, d'une vaporisation améliorée du combustible, du refroidissement des soupapes et d'au- tres avantages. L'invention fournit également le moyen de faire varier le degré dont le moteur est surchargé sans faire varier la vitesse de la pompe ou du ventilateur.
On comprend que l'invention est applicable à n'importe quel moteur à combustion interne dans lequel une soupape séparée ou une série de soupapes séparées est em- ployée' pour l'admission de l'air ou du mélange vers les cylindres. L'invention n'est pas limitée non plus à l'emploi d'un ventilateur pour faire circuler l'air ou les mélanges; le terme "organe d'impulsion" est destiné à couvrir égale- ment des ventilateurs, des appareils de soufflage, des pompes alternatives, etc....
Dans la variante de construction représentée sellé- matiquement à la figure 4, le ventilateur est supprimé, ce qui simplifie la construction du moteur. Une soupape d'ad- mission 60 est entourée d'une chambre 61 en forme de spirale créée dans la culasse du cylindre. Un orifice d'entrée d'aspiration 62 est formé dans la partie la plus large de la chambre 61 et peut être relié à un carburateur.
Pendant la période d'ouverture de la soupape 60, le mélange est aspiré dans le conduit 62 et autour de la chambre 61, La courbure de la chambre 61 donne au mélange une rotation autour de l'axe de la soupape 60; cette rotation continue pendant la période où la soupape est fermée de sorte que lorsqu'elle est de nouveau ouverte une masse de mélange en tourbilon- nement est instantanément introduite dans le cylindre, La construction représentée à la figure 4 convient partioulièrement pour ,les moteurs de faible puissance,et elle peut être employée également dans les moteurs à allu- mage par compression,
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Bien que l'invention ait été décrite et représen- tée dans son application à un moteur à un seul cylindre,
elle pourrait tout aussi bien être appliquée à un moteur ayant n'importe quel nombre de cylindres. Lorsquun ventila- teur est employé, les circuits de ventilateurs pour les cylindres peuvent être disposés en série ou en parallèle.
REVENDICATIONS.
1.- Un procédé pour fournir l'air ou un mélange de combustible et d'air à un moteur à combustion interne qui consiste à faire circuler l'air ou le mélange do façon continue en un trajet fermé en face d'une soupape d'admis.. sion.
2.- Un procédé pour fournir de l'air ou un mélan- ge de combustible et d'air à un moteur à combustion interne qui consiste à faire circuler l'air ou le mélange de façon continue en un trajet fermé par-dessus la face postérieure d'une soupape d'admission.
3.- Un moteur à combustion interne comportant un moyen pour la réalisation d'un procédé suivant la reven- dication 1, comprenant un organe d'impulsion et un conduit pariant de l'orifice de sortie de l'organe d'impulsion, pas- sant en face de la soupape d'admission et revenant à l'ori- fice d'entrée de l'organe d'impulsion.
4,- Un moteur à combustion interne suivant la re- vendication 3, dans lequel une lumière d'admission est située dans le conduit de l'organe d'impulsion de-telle façon que de l'air ou du mélange est admis dans le circuit de l'organe d'impulsion.
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