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" perfectionnements aux moteurs à combustion, interne "
La présente invention est relative à des moteurs à combustion interne à deux temps.
L'invention a pour objet un perfectionnement à. ces moteurs, en vue d'améliorer l'alimentation de ces moteurs et permettant, si on le désire, 'd'effectuer l'admission du mélange à la pression atmosphérique.
Le demandeur , révélé dans des brevets antérieurs que quand la lumière d'échappement commance s'ouvrir pour permettre l'échappement des gaz brûlés, il y a une certaine période de retard après laquelle les az brûlés sortait pour ainsi dire comme une masse et laissent derrière eeux une grande dépression, et âpres avoir rencontré l'atmosphére extérieure, cette masse retourne vers le cylindre et si elle entre dans ce dernier, elle détruit la dépression qui y rè- gné.
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Si on fait un enregistrement, soit directerienisur le cylindre soit sur le conduit d'échd]eDent tout près du cylindre, soit sur le conduit d'admission tout près du cyl4---,-- dre, des pressions et dépressions existant au point où on fait la uesure pendant la phase d'échappement d'un moteur et à différentes vitesses du moteur, on peut obtenir une série da courbes sur lesquelles on peut relever le mouent de
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la sortie finale des gaz brûlés du moteur quand la déparession dans le cylindre CO.Í.l.3Ce à se forcer et le noment du retour, expri:.:és en angles de manivelle.
Ces courbes ::o ntren clairement les moments auxquels ont lieu la sortie en nasse et le retour des gaz brûlés chaque vitesse donnée et ézale- les moments auxquels ont lieu la sortie la plus tardive
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et le retour le plus précoce pour toute la GaLL.,.e des vitesses du i.ioteur. des enregistre -ents peuvent être obtenus par des moyens connue.
On voit par conséquent qu'en partant d'observations telles que celles décrites ci-dessus, on peut régler l'ouver-
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ture des lumières dans le temps Ce f.çor permettre , si on le désire, l'introduction du mélange à la pression atmosphérique pour une vitesse déter±1Înée du moteur seulenent ,ou pour toute la gamme des vitesses du moteur.
L'invention consiste à prendre des dispositions pour que la sortie en masse des gaz brûlés s'effectue pendant
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l'intervalle s'écoulant entre l'ouverture de l'échappement et l'ouverture de l'admission à toutes les vitesses du acteur eu entre des licites de vitesses du i.-ioteur choisies. ON a découvert également par l'expérience que dans
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un .saoteur employant des combustibles du type d'usage courant, les gaz brûlés, si on leur permet d2 sortir librement du cylindre, sont capables d'évacuer le cylindre conne une masse dans des intervalles da tewp3, depuis le début de 1'ouverture de l'écha22emen , qui correspondent à des vitesses
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moyennes de 400-5ou r.tres3ar seconde .
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Le temps total pendant lequel s'effectue cette sortie en raasse sera évidemment influencé par la surface ut ile de l'orifice d'échappement, puisque cette surface déteinera la longueurdela colonne formée par les gaz brûlés en quittant le cylindre. Cette surface d'orifice d'échappement n'est pas ouverte instantanément mais progressivement,de sorte qu'on devra considérer la surface utile moyenne.
Si cette colonne est trop longue, en d'autres ternes si l'orifice est trop petit, le temps nécessaire à la scrtée en masse des gaz brûlés sera trop long et cette sorti e ne pourra pas être complète pendant le tempsdisponible avant que l'admission soit ou puisse être ouverte, ou bien l'énergie des gaz brûlés pourra être perdue par suite de la détente de la portion arrière de la'masse des gaz brûlés avant qu'elle puisse quitter le cylindre .
En effectuant un réglage dans le temps de l'ouverture de l'émission comme spécifié ci-dessus, soit que ce réglage soit effectué en changeant le réglage existant du moteur ou en changeant le temps nécessaire à la sortie en masse (surface de l'orifice d'échappement), ou en changeant ces deux en même temps, les facteurs ci-dessus doivent être pris en considération.
Entre les limites de vitesse choisies ou de fonctionnement, il est nécessaire de s'assurer que le temps s'écoulant avant que l'orifice d'admission s'ouvre et que la surface utile de l'orifice d'échappement pendant ce temps soit suffisant pour assurer la sortie en masse complète des gaz brûlés pendant cet intervalle.
L'espace de temps suffisait pour arriver à ce résultat, s'il est connu, suffire, dans le but d'établir l'angle de manivelle entre l'ouverture de l'admission et de l'échappement et aussi la surface de l'orifice d'échappement effectivement ouvert pendant c et vangla de mavivelle, et sicette
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exigemce de temps est satisfaite pour la plus grande vitesse du moteur, il s'en suit qu'elle ser satisfaite à toutes les vitesses de moteur inférieures, c'est-à-dire pour toute la game ou toute la gane choisie de fonctionnement du mo- teur.
Si, soit la surf-ce da l'échappement avant l'ouverture de l'admission ou l'angle d'avance à l'échappement est choisi ou fixé et si on connaît ou si on peut estimer avec une approximation pratiquement suffisante la vitesse moyenne de la sortie en masse, les autres de ces deux facteurs peu- vent également être déterminées pour être certain que le résultat désiré sera atteint.
Quelques exemples rendront plus claires les remarques ci-dessus.
Si K est le nombre de tours par seconde du moteur, @
A la surface utile de l'échappement en cm avant l'ouverture de l'admission, 31 une constante dépendant de la forme de l'orifice d'échappement et la surface ouverte par unité de déplacement du piston, KA étant la surface utile Moyenne d'échappement avant l'çuver- ture de l'admission.
W le volume du cylindre en cm3, v la vitesse moyende de la sortie en masse des Gaz brûlés en usures / secondes, a l'angle de l'avance à l'échappement , la lon- gueur de la colonne forcée par le passage de la mass. de gaz brûlés sans détente sensible à travers l'orifice d'écha;- Renient sera alors
W mètres.
KA X 100
Le temps nécessaire pour la sortie en masse sera secondes. 100 KAV
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Le temps s'écoulant entre l'ouverture de l'échappement et l'ouverture de l'admission sera a x 1 secondes.
360 N de sorte que pour satisfaire aux conditions de l'invention, la relation suivante devra toujours exister pour la gamme de vitesses choisie ou de fonctionnement a W
360 N 100 KAV
En pratique, on peut admettre que v est de l'ordre de 400 - 500 mètres/ sec. et que K - !/2 ceci donnera une relation entre A et a .
Il faut alors considérer qu'en pratiqua les deux espaces de tomps rais en équation ci-dessus doivent suffise pour assurer la sorti : en masse des gaz brilles, nais ne doivent pas être trop longs. De plus, l'angle a devra être aussi petit que possible afin de permature une utilisation convenable de l'angla de manivelle disponible pour l'admission.
Pour cet espace de temps, la valeur de 0,002 sec. peut être prise comme base pour un acteur d'une capacité de 1 litre, des facteurs de correction étant introduits dens cette valeur pour des cylindres de volume très grand ou trés pctit.
Par ceci il faut entendre que ce temps suffira pour être certain qu'une sortie en masse du cylindre ait lieu, mais que ce te:aps pourra être réduit si on le juge convenable.
Si cet espace de te ups esr fixa, l'avance à l'échappement nécessaire pour touts vitesse du moteur et également l'avance maximum nécessaire pour la plus grands vitesse du moteur seront fixés de même, ainsi que la surface de l'échappement nécessaire, puisque a = 360 Nt et A = W
100 Ktv
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En pratique, il est bon de baser les calculs sur un intervalle angulaire de entre l'ouverture de l'échappement et de l'admission pour une vitesse de moteur de 25 tours/sec, avec une vitesse moyenne de sortie en masse des gaz brûlés de 450 métres/sec. K peut être pris = 1/2.
Si la relation entre la surface utile de l'échappe sent jusqu'à l'ouverture de l'admission et l'angle d'avance à l'échappement sont établis de la manière indiquée ci-dessus, ou sera assuré qu'à toutes les vitesses du moteur le mélange entre dans un cylindre vide ou sensiblement vide. Les condi- tions d'alimentation seront en conséquence améliorées et le mélange peut être introduit, si on le désire, à la pression atmosphérique .
Il sera alors avantageux que le système d'échappement soit établi de façon que le retour des gaz brûlés à de faibles vitesse= du moteur soit suffisamment retardé par rapport à l'ouverture de l'admission pour permettre au moteur de se remplir avant que ledit retour de gaz brûlés ait lieu.
Il sera également avantageux au point de vue de la puissance du moteur, que les lumières d'admission et d'échappement soient ouvertes au.: plus grandes vitesses du piston en vue de faciliter la sortie en masse des gaz brûlés et l'entrée du mélange frais. De plus, si à des vitesses de fonctionnement faibles; l'échappement est fermé avant que le retour des gaz brûlés ait lieu, ou pourra être cartain qu'à des faibles vitesses, le retour des gaz brûlés n'aura pas d'action néfaste sur le contenu du cylindre et on évitera également la perte de mélange par l'échappement aux grandes vitesses lorsque la dépression se prolonge sur un angle de manivelle plus grand.
Un exemple de moteur auquel l'invention peut être plus particulièrement adaptée, est un moteur du typera, pis-
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tons opposés du genre comprenant un seul alésage de cylindre, ouvert à ses deux extrémités, avec deux pistons travaillant en opposition dans cet alésage , commandant chacun respec- tivement des lumières d'admission et d'échappement situées aux extrémités opposées du cylindre , les pistons individuels actionnant des arbres vilebrequin séparés ou un seul arbre vilebrequin,.
Dans le but d'appliquer l'invention à un tel acteur, on peut prendre sur le moteur une ou des courbes telles que décrites ci-dessus, pendant son fonctionnement et le moteur sera alors modifié ou adapté conformément auc instructions précédentes,de façon que le fonctionnement désiré, conforme à l'invention puisse être obtenu.
Pour retarder l'ouverture des lumières par le piston, on pourra obtenir les résultats désirés en donnant au vilebrequin de l'un des pistons l'avance nécessaire par rapport à celui de l'autre piston, et en décalant les vilebrequins par rapport à l'axe du cylindre, en établissant ainsi en même temps la surface nécessaire de l'échappement jusqu'au moment de l'ouverture de l'admission.
De cette manière, en établissant une avance appropriée, les moments auxquels les lumières d'admission et d'échappe- ment sont ouvertes et fermées par les pistons et les vitesses linéaires des pistons auxquelles ces lumières sont ouvertes peuvent être mis en harmonie avec les exigences de l'invention.
Par exemple, dans un moteur à 3 cylindres a pistons opposés, construit par le demandeur,le volume de chaque cy- lindre était de 1220 cc , la surface utile d'échappement avant l'ouverture de l'admission 1,66 cm2 et l'angle d'avance @ l'échappement 20 ,
On suppose que la vitesse moyenne de la sortie en masse des gaz brûlés est de 450 m/sec, La longueur de la colonne de gaz d'échappement sera
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de 1,25 m.
La durée de la sortie en masse sera de 1/360 sac.
Ceci représente le temps pendant lequel le vilebrequin tourne de 20 . En d'autres termes, le maximum de vitesse qu'on pourra atteindre avec le réglage dans le temps de l'ouverture de l'admission recherché sara de 1200 tours/ minute.
On a recherché avec ce moteur d'obtenir le réglage requis dans le temps de l'ouverture d'admission pour toutes les vitesses inférieures à 2400 tours/minute.
En se basant sur les données ci-dessus, ceci ré cessi- tBrait l'augmentation de la surface d'échappement ayant l'ouverture de l'admission jusqu'à 9,2 cm2, avant un angle d'avance de 20 .
On a trouvé qu'en pratique ces chiffres étaient amplement suffisants et qu'avec une surface d'échappement vant l'ouverture de l'admission de 30 cm2et un angle d'avance de 22 le résultat recherché était aussi atteint, ces chiffres montrant que la vitesse moyenne de la sortie en masse était au voisinage de 500 m/sec.
Il faut remarquer qu'au moyen de l'invention on est certain que l'admission ne s'ouvre après l'échappement qu'avec le retard nécessaire pour assurer l'évacuation des gaz brléà travers l'orifice ou le système d'échappement par suite de leur sortie en masse du cylindre. A toute vitesse de moteur, le moment le plus précoce auquel l'admission peut être ouverte tout en profitant de l'avantage de l'évacuation du cylindre par la sortie en :nasse des gaz brûlés sera le moment auquel 1'extrémité arrière de la masse de gaz brûlés, pendant son mouvement vers l'extérieur résultant de sa sortie en masse du cylindre, a dépassé le point où est situé l'orifice d'admission et a produit une aspiration. dans le cylindre en ce point.
On remarquera que, toutes choses égales d'ailleurs,
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lorsque la vitesse des moteurs augmente, le moment auquel l'admission s'ouvrs se rapproche de plus en plus du menait le plus précoce défini ci-dessus, dusqu'à ce qu'une vitesse maximum soit atteinte quand l'admission s'ouvre àce mo ant le plus précoce.
Comme mentionné ci-dessus, deux actions néfastes conduisant à. un fonctionnement défectueux du moteur peuvent se manifester:
1) A certaines vitesses se produisent des perturbations par suite du retour des gaz brûlés, ce qui mélange l'air frais avec les gaz brûlés et entraine le mélange hors du cylindre.
2) A des vitesses plus grandes, la. dépression dure pendant un angle de manivelle plus grand et comme cette dépression existe également dans la conduite d'échappement ,elle aspire la charge admise dans le cylindre et réduit par conséquent le poids d'air dans le mélange final compris entre les deux pistons; par suite, en fermant l'échappement avant que le retour ait lieu à de faibles vitesses du moteur,le fonctionnement impeccable du moteur à des vitesses plus élevées sera assuré.
Ce résultat pourra être obtenu par exemple en donnant au vilebrequin de l'un des pistons une avance convenable par rapport à celui del'autre piston.
En outre, il est d'un rand intérêt d'avoir des vitesses linéaires de pistons élevées aux moments auxquels le lumières d'admission et d'échappement sont découvertes par les pistons respectifs, puisque de cette manière la sortie rapide des gaz brûlés et l'entrée du mélange frais sera facilitée.
On pourra faire en sorte que les pistons ouvrent les lumiéres d'échappement et d'admission aux vitesses linéaire les plus élevées -par un décalage convenable des vilebrequins par rapportau cylindre.
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Dans certains cas, il peut arriver que le retour des gaz brûlas aux fcibles vitesses s'effectue trop ôt pour
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permettre une fermeture appropriée et convenable de l'échaapement avant que ce retour des gaz brûles ait lieu, et da. as ce cas, le moteur sera modifié pour faire en sorte que le retour ait lieu suffis.-i.:3iit tard pour arriver au but re- cherché. ge résultat pourra être obtenu par exemple en utilisant des moyens tels que ceux décrits dans le brevet français
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n 731.J du 1er Août 1 ¯ our retarder le retour des gaz;
ou en épanouissant la conduite d'éohappehient vers'l'extérieur, çu en prévoyant une chambre de détente sur la conduite d'écha:;;::;>e:':±l1t, ou, entre certaines limites, en allongeant la conduite d'échappement. Ce résultat pourra également être obtenu en s'arrangeant à ce que l'échappement ait lieu à. un moment où une dépression existe ou est produite dans la conduite d'échappement.
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' par exemple, dai-s un =-ote.Jr 1 plusieurs cylindres les é!(hs.:9pe:lants des cylindres individuels pourront être reli és e¯.se¯hle de telle sorte qu'un cylindre échappe dans une con- duite dans laquelle une dépression a été créée auparavant par 1'échappement d'un autre cylindre et avant que cette xxx xxxx dépression ait été détruite par le retour des gaz brûlés.
Il faut noter que l'invention s'applique à des moteurs
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aussi bien la cas où le mélange est admis dans$e Bio- teur directement par l'atmosphère ou quand il est'introduit par un compresseur.
La seule différence entre ces deux cas consiste dans la différence de pression d'admission à laquelle l'air entre
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dans le 1"i±dl". Ainsi, par exemple, si on considère un mo- teur établi de telle manière qu'au moment de l'ouverture
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de l'admission, la dépression da-1-s le cylindre est de 7 rau- tres d'eau par exemple, l'air atmosphérique est pous sés
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@ dans le cylindre avec une force de 700 gr. par cm2. Si un compresseur est relié au moteur et que ce compresseur donne une pression de 300 gr. par cm2, alors , dans ce cas, l'air est poussé dans le cylindre avec une pression de 700 gr. plus 300 gr. ce qui fait au total 1 kg. Il sera donc avantageux de prévoir des compresseurs du type centrifuge par exemple.
L'air peut passer librement travers ces compresseurs,indé- pendamment de la rotation du rotor et par conséquent la pre- mieéré entrée d'air massive dans le cylindre ne serais, restreinte comme dans un compresseur volumétrique .
L'avantage de ce type de compresseur réside en ce qu'il permet au moteur de fonctionner par admission directe par le compresseur, même quand ce dernier est arrêté et ne travaille pas.
Tout compresseur ainsi utilisé pourra être agen cé de telle sorte que l'air aille normalement librement au moteur à partir de l'atmosphère, le compresseur étant action- né quand c'est nécessaire en vue d'augmenter la charge traversant le compresseur ou pour sur comprimer corme c'est nécessaire par exemple dans les moteurs d'aviation.