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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.
La présente invention est relative à des moteurs à combustion interne et a pour objet de procurer des moteurs à combustion interne de performances améliorées.
Deux des conditions pour avoir un rendement thermique maximum dans un moteur à combustion interne du type à piston sont:
Premièrement,qu'en tout point du domaine de charge extérieure (load) de la machine, le travail dépensé en fournissant l'air ou le mélange d'air et de combustible ne-soit pas excessif.
Deuxièmement, que le plus haut rapport ou taux de détente soit utilisé, et pour obtenir ceci l'air ou le mélange d'air et de combustible doit être comprimé par le piston dans la plus grande mesure possible dans le cadre des limites extrêmes du cycle. Ces limites sont déterminées par la détonation dans le moteur à cycle d'Otto, et les fatigwess mécaniques limites dans le moteur à allumage par compression, et dans les moteurs normaux ces limites sont approchées à pleine charge seulement tandis que des rapports de compression plus élevés sont désirables pour des charges partielles. Cette seconde condition comme la première implique que la quantité d'air ne soit pas inutilement grande puisque ceci rendrait impossible l'usage du taux de compression maximum approprié à la charge extérieure.
Remplir ces deux conditio:ns est essentiel si l'on veut obtenir le rendement maximum possible, et elles ne peuvent être atteintes par un moteur ayant un taux de compression fixe ou dans lequel la quantité de charge fraîche utilisée par cycle est constante ou contrôlée par une soupape à étranglement.
L'invention consiste en un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il est pourvu à la fois de moyens pour faire varier le taux de compression et d'une machine débitant de l'air ou un mélange d'air et de combus-
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tible qui soit réglable pour faire varier la quantité d'air ou de mélange fournie au moteur.
L'invention consiste en outre en une construction comme exposée dans le paragraphe précédent dans laquelle le taux de compression est automatiquement réglé pour augmenter lorsque la charge (extérieure) décroît et pour diminuer lorsque la charge (extérieure) augmente, pour maintenir une pression maximum sensiblement constante dans le cylindre ou les cylindres du moteur et où la machine d'alimentation est réglée directement ou indirectement par les commandes ou contrôles normaux du moteur.
En supposant que pour marcher à pleine charge (extérieure) tous les moteurs sont construits pour avoir le plus haut taux de compression fixé possible, et pour avoir la quantité optima de charge (en combustible) fraiche compatible avec d'autres particularités de leur modèle et de leur construction, alors il n'y a pas de revendication en soi pour l'amélioration du rendement thermique à pleine charge extérieure, mais seulement pour une charge extérieure partielle. Beaucoup de moteurs fonctionnent à charge partielle dans une grande partie de leur vie.
Les proportions faites ci-après sont particulièrement avantageuses dans des moteurs chargés (en combustible) sous pression et la combinaison proposée permet d'augmenter le degré de chargement sous pression ce qui fait que le rapport entre la pleine charge extérieure et la charge absente est augmenté, en sorte qu'on peut avoir de grandes améliorations, tandis que le démarrage de moteurs fortement chargés (en combustible) sous pression est beaucoup facilité.
La construction d'un moteur présentant à la fois une compression variable et une alimentation variable en charge fraîche est particulièrement avantageuse puisque l'amélioration de rendement qu'on peut obtenir par l'enploi des deux agencements est plus grande que la somme des perfectionnements donnés par les deux agencements individuels.
Dans le moteur à cycle Otto à quatre temps le rapport air/combusti- ble doit être maintenu approximativement constant pour toutes les charges (extérieures). Alors que les rapport air/combustible quelque peu supérieurs au rapport stoechiométrique donnent une amélioration du rendement thermique, un large excès d'air se produit dans la compression, tandis qu'un autre affaiblissement du mélange entraîne le défaut d'allumage. Dans le moteur habituel l'air non désiré est exclus aux charges partielles au moyen d'une soupape d'étranglement, qui augmente beaucoup les pertes par pompage de moteur.
Ainsi le travail dépensé en fournissant une charge fraîche de mélange d'air et de combustible dans des conditions de charge extérieure partielle est plus grand qu'il ne serait et la première des conditions mentionnées plus haut pour un rendement thermique amélioré n'est pas satisfaite. L'emploi d'une machine d'alimentation ou de débit variable vainct ce défaut et il faut remarquer que lorsque le débit de la machine tombe en dessous de la capacité volumétrique du moteur, celui-ci devient une machine à détente. Dans ce cas la quantité nécessaire de charge fralche est prise dans la machine à peu près à la pression atmosphérique et est détendue à la pression sous atmosphérique de la manche d'admission du moteur.
Ce processus de détente produit un travail utile qui est transmis à l'arbre du moteur et qui rattrape largement la perte par pompage. La charge extérieure minima qui peut être atteinte en augmentant le degré de détente est limitée par le fait que le processus de détente refroidit beaucoup l'air, en sorte que l'allumage et la combustion sont affectés défavorablement. Si la machine à débit variable est utilisée en conjonction avec l'agencement à compression variable, ce défaut est vaincu, puisque le taux de compression augmenté obtenu lorsque la pression de la charge décroît fournit une température de compression adéquate, même aux charges extérieures les plus faibles.
L'emploi de l'agencement à compression variable sens la machine à débit variable donne une économie sous charge extérieure partielle améliorée par rapport au moteur à cycle Otto normal, mais l'amélioration n'est pas si grande qu'avec le schéma combiné, parce que dans le premier cas les pertes par pompage normales sont existantes et que le taux de compression atteint pour toute charge extérieure partielle est moindre que
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lorsqu'on emploie aussi la machine à débit variable. Cette dernière, lors- qu'elle détend la charge, la refroidit aussi appréciablement, en sorte qu'une quantité donnée de charge occupe un volume moindre que normal.
Ain- si, la pression de la charge fraîche est plus faible qu'avec la charge non refroidie, et on peut employer un taux de compression plus élevé avant que soient atteintes dans le cylindre les conditions limites où se produit la détonnation. De la sorte, le domaine de travail pratique à la fois de la ma- chine à débit variable et de l'agencement à compression variable est étendu et la combinaison donne un résultat amélioré plus important que la somme des améliorations qu'on peut obtenir par l'usage séparé de ces dispositifs.
La description immédiatement précédente se rapport à un moteur à cycle Otto chargé atmosphériquement (sous pression atmosphérique), et on com- prendra qu'une amélioration encore plus grande peut être obtenue avec un mo- teur à charge sous pression, parce que le champ de variation de la pression de charge est plus grand c'est-à-dire que le rapport entre les conditions de pleine charge extérieure et de charge extérieure absente est plus grand.
Le moteur à charge sous pression est déjà pourvu d'un compresseur, de sorte que celui-ci doit être équipé d'une machine à débit variable, et il ne faut pas d'unités spéciales.
Les dessins ci-annexés montrent à titre d'exemple seulement, des diagrammes pression-volume, et des détails d'une forme de réalisation de l'invention dans laquelle: - les figures 1 à 6 sont des diagrammes pression-volume d'une forme de réalisation de l'invention fonctionnant suivant le cycle d'Otto; - la figure 7 est une coupe transversale d'un piston au moyen du- quel on peut obtenir un rapport de compression variable ; - la figure 8 est une coupe transversale d'une machine à débit variable; - la figure 9 est'une coupe dans un moteur à combustion interne montrant à la fois le piston de la figure 7 et la machine à débit variable de la figure 8; - la figure 10 est une élévation latérale du moteur à combustion interne de la figure 9.
Le perfectionnement proposé dans le fonctionnement est décrit à titre d'exemple dans le cas du cycle Otto pour des conditions parfaites hy- pothétiques montrées aux diagrammes pression-volume des figures 1 à 5. La figure 1 montre le diagramme P.V. habituel pour le cycle Otto à pleine charge extérieure et la figure 2 montre la situation à charge partielle normale.
L'aire 1, 2, 3, 4, 5 représente le travail positif fait sur le piston et l'aire 6, 7, 8, le travail fait par le piston lorsqu'il aspire la charge.
Cette dernière surface est retranchée de la première pour donner le travail utile. On reconnaît bien que le rendement du cycle Otto peut être augmenté si on élève le rapport V5. Le volume V5-V2 est fixé par l'alésage et la
V2 course du moteur en sorte que V2 seulement peut être modifié pour donner le rapport ou taux de compression désiré. Ce volume V2 est réglé au minimum pour toute machine particulière à pleine charge extérieure. La pression et la température de la charge au point 2 sont alors tels que toute nouvelle réduction de V2 augmente la température de compression et la pression au delà de la valeur limite provoquant la détonation.
A charge partielle, figure 2, la compression commence à pression plus basse P8 en sorte que, après compression, la pression P2 est inférieure à celle obtenue à pleine charge. Dans ces conditions par conséquent le rapport de compression peut être augmenté et le diagramme devient tel que montré à la figure 3. Ces conditions qui donnent un plus haut rendement au cy-
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cle, sont obtenues par l'emploi des moyens pour faire varier le rapport de compression.
Un autre procédé d'améliorer le rendement du cycle à charges ex- térieures partielles est de réduire les pertes à la succion 6, 7, 8, 1. Si la charge est prise dans la machine et détendue à la pression au point 8 et débitée dans la manche d'entrée, la machine à détente fonctionne comme mon- tré au shcéma de la figure 4. Maintenant, si cette machine à détente est re- liée au moteur,le cycle effectif devient tel que montré à la figure 5 ou la majeure partie de perte à la succion 6, 7, 8, 1 est compensée par le travail de la machine à détente 9, 1, 8, 4.
La petite perte à la succion qui subsis- te 6,7, 9 est provoquée par la détente du gaz d'échappement résiduel dans l'espace morto Du fait de l'effet de refroidissement de la charge de la ma- chine à détente il faut un certain chauffage de la charge pour amener la tem- pérature au point 7 jusqu'à celle au point 8 de la figure 2 pour assurer que le degré de compression de 8 à 2 est suffisant au point 2 pour donner un al- lumage et une combustion satisfaisants.
Maintenant,si ces deux procédés pour améliorer le rendement à charge partielle sont combinées en ajoutant la machine à détente au moteur avec un rapport de compression variable, on a non seulement les avantages obtenus par la soustraction de l'aire du diagramme 9, 1, 8, 7 de la figure 4 de 3' aire 6, 1, 8, 7 de la figure 3 mais des avantages supplémentaires qui conduisent à un diagramme tel que montré à la figure 60 Dans ce diagramme, on n'effectue pas le chauffage de la charge comme c'était le cas pour le dia- gramme 5 puisque la compression est suffisante maintenant pour assurer que la température d'allumage sera atteinte.
Comme la charge est plus froide au point 8 de la figure 6 qu'au même point à la figure 3 la pression doit être inférieure si le même poids de charge doit complètement occuper le cylindre, par suite le rapport de compression V8 peut même être plus grand qu'à la fi- V2 gure 3 en sorte que le cycle a meilleur rendement. Le rapport de compression supérieur donne encore l'avantage supplémentaire que V6 est moindre de sorte qu'on dépense moins de travail en détendant le gaz d'échappement résiduel montré par l'aire 6, 7, 90 Ainsi, pour unecharge donnée d'air et de combus- tible, on obtient plus de puissance qu'on ne pourrait en atteindre avec le cycle normal plus la somme des améliorations individuelles.
Une autre particularité importante de la combinaison est qu'elle permet à chaque procédé d'amélioration d'être efficace jusqu'aux charges extérieures inférieures. L'état de marche à charge extérieure absente pour un moteur à compression variable serait donné par la figure 3 si l'aire de travail positif 1, 2, 3, 4, 5 était égale à l'aire de travail négatif 6, 7, 8, 1, plus une aire équivalente aux pertes par frottement. L'addition d'une machine à détente capable de déduire le travail représenté par l'aire 5, 1, 8, 7 donnerait au moteur un travail sortant positif pour la même prise de combustible,en sorte qu'une réduction supplémentaire de charge serait néces- saire pour réduire à zéro la puissance sur l'arbre.
Cette nouvelle réduction produirait une plus basse pression de charge à l'entrée et ainsi un rapport de compression plus élevé pourrait être employé en sorte qu'on arriverait à la réduction encore plus importante de combustible demandée pour marcher en l'absence de charge (extérieure). Tous ces avantages additionnels seront ef- ficaces dans une mesure qui va en s'accroissant tandis que la charge extérieu- re est réduite de sa pleine valeur à zéro.
Aux fortes charges extérieures, la combinaison des moyens de com- pression variable et du compresseur à déplacement variable donne une exten- sion du domaine de puissance au delà de ce qu'on pourrait atteindre du total des composants individuels. Avec les moyens de compression variable et un dispositif de charge sous pression normal il y a une limite économique à la- quelle on peut élever le degré de charge sous pression et ainsi la puissance recueillieo Celle-ci est déterminée par la puissance d'entrée au compres- seur qui, pour toutes les charges extérieures autres que la pleine charge
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est déduite de la puissance de la machine sans récupération utile et sert ainsi à rendre la consommation spécifique de combustible, pour ces charges extérieures,
plus grandes que pour le moteur chargé à la pression atmosphé- riqueo Dans l'autre cas, si un compresseur à déplacement variable est adap- té à un moteur à rapport de compression constant, alors parce que ce rapport de compression doit être choisi pour donner un bon démarrage et une bonne marche à faible charge extérieure, il y a une limite à la pression de char- ge maxima qu'on peut utiliser et qui déterminée par la détonation de la charge après compression fixéeo
Avec la combinaison de moyens de compression variable et d'une pompe à déplacement variable, la charge sous pression peut être augmentée au delà de celle donnée dans le premier des deux cas, et le rapport de com- pression être abaissé plus que ne pourrait le permettre le dernier cas par- ce que la seule combinaison de ces deux dispositifs ne rend effectives au- cune de ces limites.
Le degré de charge sous pression peut être augmenté autant qu'on le désire sachant que les pistons à compression variable assu- reront que la pression de compression soit inférieure à celle qui produi- rait la détonation et que le compresseur à déplacement variable assurera que pour toutes les charges extérieures la puissance nécessaire pour entraîner le dispositif chargeur sous pression n'est pas plus grande qu'il ne faut pour fournir la quantité de charge nécessaire pour toutes conditions de charge ex- térieureo Ainsi, les deux dispositifs fonctionnent dans un domaine de puis- sance qui serait inacceptable s'il était obtenu par l'un ou l'autre moyen seul à cause du manque de rendement dans les parties inférieures du domaine des charges extérieures.
Dans le cas d'un moteur à allumage par compression, à cycle à quatre temps, chargé sous pression par un compresseur à déplacement positif commandé mécaniquement par le moteur, la quantité d'air et la pression de l'air admis restent sensiblement constants pour toutes les charges extérieures du moteur, et correspondent nécessairement à ce qu'il faut pour faire tourner le moteur dans les conditions de pleine charge extérieure. Aux charges partielles, du travail non nécessaire est fait en comprimant de l'air qui n'est pas nécessaire pour des buts de combustion ou de balayage, en sorte que le rendement du cycle est inférieur au maximum.
L'adaptation d'un compresseur à débit variable au moteur, au lieu du dispositif chargeur sous pression normal, permet une réduction de la quantité d'air fournie au moteur aux charges partielles, et ainsi une réduction de la puissance absorbée par le compresseur, avec une augmentation consécutive du rendement du cycle.
Cependant, seulement une réduction limitée de la quantité d'air peut être tolérée par le moteur avant que la température et la pression de l'air ne deviennent trop ba@ses pour le taux de compression bas fixé, choisi pour convenir aux conditions de pleine charge extérieure, pour les élever aux valeurs pour lesquelles peut avoir lieu une combustion satisfaisanteo
La compression variable en elle-même améliore le rendement en augmentant le rapport de compression aux charges partielles.
Avec des moteurs fortement chargés sous pression, ayant un rapport de compression fixe, il est nécessaire d'employer un rapport relativement bas pour éviter de trop grandes fatigues aux pleines charges extérieures, et le démarrage devient difficile, mais en prévoyant une compression variable cette difficulté est vaincue en prévoyant un rapport de compression élevé au démarrage.
Cependant, la compression variable ne peut donner l'amélioration mentionnée ciavant,qui résulte de la réduction de la quantité d'air aux charges par- tielleso
Si l'on emploie une machine à débit variable en conjonction avec la compression variable, non seulement le rendement du cycle est augmenté tandis que la quantité d'air est réduite, mais également la limite à laquelle on peut pousser la réduction de la quantité d'air est reculéeo La compression variable permet la pleine utilisation du débit variable et viceversa,
puisque la réduction de la quantité d'air aux charges partielles donnée par la machine à débit variable permet l'utilisation de l'agencement à
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compression variable pour utiliser des rapports de compression plus élevés qu'on ne pourrait le faire avec des quantités d'air normales, et produit les conditions de température et de pression nécessaires pour une combustion sa- tisfaisante.
Dans un moteur chargé sous pression par une turbo soufflante à gaz d'échappement, et utilisant l'agencement à compression variable, les conditions,jusqu'à un certain point, satisfont aux exigences pour un rendement thermique maximum, puisque la charge extérieure diminuée du moteur est accompagnée par une diminution d'énergie à l'échappement et ainsi de la quantité et de la pression de l'air fourni au moteur.
Cependant, la relation entre la charge extérieure et la grandeur de la charge s'approche de la valeur optima pour une vitesse seulement, et pour obtenir les meilleurs conditions pour toutes charges extérieures et vitesses, la turbine à gaz d'échappement nécessi- te d'être équipée de moyens pour fournir une section de tuyère variable et doit entraîner ou bien un compresseur aérodynamique avec des diffuseurs variables ou un compresseur à déplacement positif.
Lorsqu'un moteur est équipé d'une machine à débit variable par la- quelle la charge fraîche est passée au moteur, la question de savoir si le moteur est chargé sous pression ou non dépend des déplacements relatifs du moteur et de la machine. Si le déplacement maximum de la machine à débit variable, par unité de temps, est plus grand que celui du moteur, le moteur est chargé sous pression; s'il est égal ou inférieur à celui du moteur, le moteur n'est pas chargé sous pression.
Dans le cas de moteurs à cycle à deux temps fonctionnant soit d'après le cycle à allumage par compression soit d'après le cycle Otto, les avan- tages de la combinaison s'appliquent aux moteurs chargés sous pression seulement, et on remarquera que beaucoup de moteurs dits à balayage par soufflante sont chargés sous pression suivant la définition qui précède. Dans des moteurs à cycle à deux temps, la pression de l'agent de balayage ne peut être réduite beaucoup en dessous de la pression atmosphérique., puisque la pression des gaz dans le système d'échappement, à part des fluctuations, est voisine de la pression atmosphérique.
L'emploi d'un compresseur à débit variable pour fournir la charge sous pression assure que de l'énergie n'est pas gaspillée en comprimant une quantité excessive de charge fraîche aux charges partielles, mais avec ce dispositif seul la charge sous pression maxima que l'on peut avoir est limitée par le taux de compression fixé du moteur. Ce taux de compression fixé doit être réduit lorsque le degré de chargement sous pression est augmenté, et une limite est atteinte lorsqu'un démarrage pauvre et un faible rendement thermique sur tout le domaine des charges extérieures rend antiéconomique d'augmenter encore la pression de charge.
Si l'agencement à compression variable est également employé, on a un fort rapport de compression au démarrage et pour toutes les charges extérieures on a le rapport de détente pratique le plus élevée Le moteur est encore relativement peu économique à pleine charge à moins qu'on n'utilise l'énergie contenue dans les gaz d'échappement, laquelle énergie augmente lorsque la pression de charge est augmentée, comme conséquence de la nécessité de travailler à des rapports de compression et de détente réduits.
Pour l'utilisation efficace de pressions de chargement élevées, on utilisera une certaine forme de compoundageo Ceci est réalisé usuellement par une turbine à gaz d'échappement et les cycles sont dit cycles de moteur compound et de générateur de gaz. Dans le système de moteur compound, la puissance de la turbine fait partie de la puissance brute, et la turbine peut être reliée par transmission à l'arbre du moteur ou avoir un arbre de sortie ' séparé. Avec le système à générateur de gaz, toute la puissance utile du moteur est employée pour entraîner le chargeur sous pression et la puissance de sortie totale est prise à la turbine. L'emploi des deux cycles est gêné par les difficultés de démarrage et celle d'avoir une bonne économie aux faibles charges.
La première difficulté résulte du rapport de compression bas qui doit être utilisé pour limiter la pression maximum à pleine charge extérieure. La deuxième difficulté provient d'une combinaison du rapport de compression bas et de la quantité d'air excessive débitée par le compresseur
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à déplacement positif pour la vitesse minima du moteur.
Les désavantages sont écartés par l'emploi d'un rapport de com- pression variable et d'un compresseur à débit variable. L'emploi d'un rap- port de compression variable assure qu'il existe un haut rapport de compres- sion au démarrage et que le rapport de compression est convenable pour tous les degrés de charge sous pression existant pour tous les points du domaine de charge extérieure. Le compresseur à débit variable permet une réduction de la quantité d'air débitée par cycle en sorte que pour la vitesse minima du moteur,on réduit la quantité totale d'air mis en oeuvre et la pression de charge.
Ceci produit une chute du travail du compresseur et à cause de cela le moteur nécessite moins de combustible pour conserver le groupe en marche,améliorant ainsi l'économie à faible charge et dans la marche à vi- de. Ceci ne peut être fait sans un agencement à compression variable dans le moteur puisque la pression de charge devient trop basse pour'que l'alluma- ge par compression ait lieu. Le plein avantage du dispositif à rapport de compression variable ne peut être obtenu si l'on emploie un compresseur à débit constant puisque le poids de l'air débité par cycle lorsqu'on marche à vide est alors égal à ce qu'il est à pleine charge extérieure.
La puis- sance du moteur doit être suffisante pour maintenir cet écoulement et ainsi une quantité appréciable de combustible est utilisée pour produire de 1'é- nergie à l'échappement, qui est perdue. La variation du rapport de compres- sion dans ces conditions altère le rendement avec lequel l'énergie d'échap- pement perdue est produite, mais ne peut arrêter cette perte elle-mème.
C'est seulement en réduisant la quantité d'air débitée par cycle que l'éner- gie perdue à l'échappement peut être réduite appréciablement et qu'on peut utiliser pleinement le dispositif à compression variable.
Lorsque le degré de chargement sous pression de moteurs à cycle à quatre temps est augmenté, il en résulte des conditions telles que l'énergie dans les gaz d'échappement est considérablement en excès par rapport à celle qui serait nécessaire pour fournir la charge sous pression, et pour que le cycle reste économique il est nécessaire d'appliquer le compoundage avec une turbine, ou un autre type de machine à détenteo Cet état de chose se présente à charge extérieure plus élevée qu'avec le moteur à cycle à deux temps, mais les conditions de marche et les avantages décrits ci-avant pour le moteur à cycle à deux temps s'appliquent aussi à un moteur à cycle à quatre tempsa
Tout moyen convenable peut être utilisé pour faire varier le rapport de compression automatiquement de la manière décrite ci-dessus,
mais pour indiquer 'clairement comment l'invention peut être réalisée la descrip- tion suivante comprend les détails d'un piston pour un moteur à compression interne au moyen duquel on peut obtenir un rapport de compression variable, pour être employé en vue de mettre en oeuvre la présente invention. En outre, toute machine à débit variable d'air ou de mélange d'air et de combustible peut être employée, mais la description suivante comprend aussi les détails d'une machine à débit ajustable perfectionnée que l'on peut employer. Il apparaîtra par suite que l'invention n'est pas réduite aux formes de réalisation spécifiques ici décrites.
Dans un procédé pour mettre en oeuvre la présente invention, on a prévu un piston au moyen duquel le rapport de compression d'un moteur est automatiquement changé principalement suivant la pression maxima du gazagissant sur le piston de manière à obtenir ainsi., pour toutes conditions de marche du moteur, le taux de compression maximum admissible. Dans ce but un piston autoréglable est utilisé au lieu du piston normal. Le piston comprend au moins deux parties, dont l'une est reliée au petit bout de la bielle par un quelconque des moyens connus tandis que l'autre qui fait partie des limites de la chambre de compression, est mobile par rapport à la première partie, de manière à changer le volume de l'espace mort.
Le mouvement nécessaire est contrôlé par le passage de l'huile qui peut être prise sur le système à graissage normal du moteur, dans ou hors de la chambre ou des chambres formée(s) entre les deux parties du piston. Cesmouvements de l'huile peuvent être contrôlés par des soupapes d'admission ne permettant pas le retour et par des
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soupapes d'échappement soumises à l'action de ressorts et/ou des orifices de décharge agencés et réglés pour donner les changements de position désirés de la partie réglable du piston, suivant la charge extérieure du moteur.
L'agencement suivant l'invention peut être appliqué à un piston sans quelque augmentation considérable de son poids puisque l'épaisseur de la couronne peut être réduite en raison de la forme de la construction utilisée.
Dans la forme de construction décrite ci-après, on suppose que le piston travaille dans un cylindre vertical avec la chambre de combustion tout en haut,mais naturellement elle peut être utilisée dans un cylindre occupant toute autre position.,
Dans une forme de construction suivant l'invention, on a prévu dans chaque cylindre d'un moteur à combustion interne du type à cycle à quatre temps un piston tel que montré à la figure 7 et formé de deux parties principales, l'une étant disposée à l'intérieur de l'autreo L'extrémité supérieure, ou couronne 6 de la pièce en forme de calotte extérieure 5 forme la tête du piston proprement dit et présente une surface à contours normaux à la chambre de combustion et est pourvue de segments de piston en positions normales,
tandis que la pièce intérieure 1 peut coulisser à l'intérieur de l'au tre pièce et coaxialement à celle-ci. La pièce intérieure 1 est attachée de la manière normale au moyen d'une broche 2 au petit bout 3 de la bielle 4.
-Le mouvement axial de la pièce extérieure par rapport à la pièce intérieure produit des changements dans l'espace du cylindre au-dessus de la couronne 60 Une chambre 7 est formée entre la surface supérieure de la pièce intérieure 1 et la surface inférieure de la couronne 6 tandis qu'une chambre annulaire inférieure 8 est formée par un retroussement dans le fond de la paroi de la pièce intérieure en forme de calotte, ladite chambre inférieure 8 étant limitée à ses surfaces intérieure et supérieure par les deux surfaces du rebroussement de la pièce intérieure,
tandis que la surface extérieure de celle-ci est formée par la surface intérieure de la chemise de la pièce extérieure alors que la surface inférieure est formée par une bague 16 faisant saillie à l'intérieur autour du bas de la chemisée Cette bague peut être avantageusement filetée et vissée au fond de ladite chemise pour permettre l'introduction de celle-ci après que la pièce intérieure a été mise en place. La commande du mouvement entre la pièce intérieure et la pièce extérieu- re est produit par l'écoulement de l'huile dans et hors de la chambre supérieure 7 et de la chambre annulaire inférieure 8.
Un passage d'huile 9 est prévu dans la bielle 4, reliant l'admission d'huile de graissage sous pression au palier du petit bout et de là au moyen d'un tr@u à travers la broche, à un trou dans la face supérieure du petit bout de la bielle. L'huile passe vers une soupape à sens unique 11 d'où elle passe par la voie de l'orifice réduit dans la plaque lla à la chambre supérieure 7. L'huile passe également par la voie d'une autre soupape à sens unique 12 et un passage vers la chambre inférieure 8.
La décharge de l'huile de la chambre supérieure a lieu par une soupape de décharge comprenant des plateaux circulaires laminés 13 d'acier à ressort qui peuvent être de diamètres décroissants, placés coaxialement à la pièce intérieure 1 et faisant partie de la surface supérieure de celle-ci.
La plaque circulaire placée le plus haut porte par le pourtour de sa périphérie contre une bague siège 14 et l'huile passant par cette soupape s'écoule par les trous 15 vers le puits à huile du moteur. La décharge d'huile de la chambre inférieure se produit vers le bas par le jeu entre la pièce intérieure du piston et la bague 16 formant la limite inférieure de la chambre à huile inférieure et vers le haut par le jeu entre les pièces intérieure et extérieure du piston.
En variante, la décharge de l'huile par ces voies est limitée en rendant les jeux-'petits et/ou en utilisant des bagues de garniture et la majeure partie de la décharge se produit à travers un orifice qui débite soit vers le bas directement dans le puits soit vers le haut et par l'intermédiaire d'un trou de décharge (ou de trous de décharge) dans la partie intérieure du piston, vers le puits.
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Le fonctionnement est le suivante Pendant la dernière partie de chaque course d'échappement, et la première partie de la course d'aspira- tion, la force due à l'inertie de la pièce extérieure du piston et à l'iner- tie de l'huile dans la chambre supérieure et dans une certaine mesure l'iner- tie de la colonne d'huile dans la bielle agit sur l'huile dans la chambre in- férieure, produisant l'écoulement d'une certaine quantité au dehors par le passage de décharge et déplaçant ainsi la partie extérieure d'une très peti- te distance (de l'ordre de quelques millièmes de pouce) vers le haut par rap- port à la partie inférieure. En même temps, la chambre à huile supérieure augmente de volume,, et de l'huile s'écoule dans celle-ci en passant par la soupape à sens unique 11.
Si la charge extérieure du moteur a juste été ré- duite, en sorte que la pression maxima est inférieure à celle qui est néces- saire pour actionner la soupape de décharge, c'est-à-dire la condition dans laquelle une augmentation du rapport de compression est nécessaire, ce pro- cessus est répété pour chaque cycle du moteur sans que rien d'autre ne se pro- duise jusqu'à ce que soit atteint le rapport de compression donne la pression maxima prédéterminée qui actionne la soupape de décharge.
Ce prochain petit mouvement vers le haut élève le rapport de compression légèrement au-dessus de la valeur nécessaire et par suite la pression maxima dans le cylindre dé- passe légèrement la valeur nécessaire pour vaincre la résistance de la soupape de décharge 14 qui alors s'ouvre et décharge une petite quantité d'huile, amenant ainsi la partie extérieure du piston vers le bas, d'une petite distance par rapport à la partie intérieure. Si la charge extérieure du mo- teur reste maintenant stable à la valeur faible, la partie extérieure du piston continue à se mouvoir vers le haut et vers le bas, très légèrement, par rapport à la partie inférieure, dans chaque cycle, sa position moyenne relative étant celle qui donne la valeur maxima de pression au cylindre, déterminée par la pression d'ouverture de la soupape de décharge.
Si la soupape d'étranglement de l'admission au moteur est à présent ouverte, la pression dans le cylindre tendra à s'élever bien au-dessus de la valeur nécessaire pour ouvrir la soupape de décharge 13, mais comme cette soupape s'ouvre et donne une aire de décharge considérable, de l'huile de la chambre supérieure 7 est rapidement déchargée de sorte que la partie extérieure du piston se déplace vers le bas rapidement par rapport à la partie intérieure, et le volume d'estpace mort est augmenté, maintenant aussi la pression maxima au cylindre au voisinage de la valeur prédéterminée.
Le piston se règle ainsi de lui-même à une allure limitée suivant une réduction de la charge extérieure du moteur, cette allure étant déterminée par l'aire fournie aux fuites de la chambre inférieure. Il n'y a pas nécessité d'une augmentation rapide du taux de compression et en outre un grand mouvement relatif vers le haut de la partie extérieure du piston à chaque cycle serait indésirable puisqu'à charge constante cela entraînerait un mouvement également grand vers le bas pour chaque cycle, et par suite un gaspillage appréciable de puissance pour pomper 1-'huile. Au contraire., il est désirable que le piston réponde aussi rapidement que possible à une augmentation subite de la vitesse d'alimentation du moteur,
dans le but d'éviter une pression au cylindre excessive et la détonation ou les fatigues importantes qui en résulteraient. La vitesse d'ajustement est déterminée par la soupape de décharge 13, l'agencement prédécrit donnant une réponse très rapide en vertu de la grande aire découverte à la périphérie par un petit mouvement, et l'absence d'effet différentiel qui fait que certaines soupapes se ferment à une pression sensiblement inférieure à leur pression d'ouverture.
Pour plus de détails quant aux moyens de faire varier le rapport de compression on se référera à la demande de brevet belge n 40707070
La machine à débit variable dont il a été question plus haut et dé- crite à titre d'exemple seulement est pourvue d'une enveloppe en forme de huit. Les rotors ont la forme de cylindres creux de même diamètre et de même
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longueur, qui sont montés à 1'intérieur du carter sur des axes parallèles de telle sorte que les surfaces extérieures des deux cylindres se touchent ou se touchent presqueoLes axes des rotors coïncident avec l'axe de chacun des alésages circulaires de la forme de huit; mais les diamètres des rotors sont moindres que le diamètre desdits alésages, de la hauteur des pales.
Les rotors sont reliés à un système de transmission convenable qui les fait tourner à vitesse superficielles égales, en sens opposés, dans le carter. Sur chaque rotor est prévue une paire de pales qui tournent avec le jeu de travail dans l'alésage du carter. Les cylindres creux formant les rotors ont des fentes découpés en eux, du côté menant des pales du rotor débitant et du cô té postérieur des pales du rotor d'admission, chacune légèrement plus grande en longueur que les pales en sorte que celles-ci puissent passer à chaque tour. Les fentes sont découpées jusqu'aux alésages centraux des cylindres et sont utilisées comme lumières pour l'admission et le débit d'airo Des conduits dans l'une ou dans les deux plaques d'extrémité du carter extérieur sont agencés pour être en liaison avec les alésages intérieurs desdits rotors.
Une soupape tubulaire fixe est prévue de telle sorte que l'aire couverte par cette soupape détermine le degré de compression obtenu avant l'ouver ture de la lumière qui débite.
La figure 8 montre une machine ayant deux rotors, chacun avec deux pales. Le carter 19 est en forme de huit, semblable à celui des ventilateurs de Rooto Les rotors a, b, ont la forme de deux cylindres creux tournant dans le carter et entraînés pour tourner à la même vitesse mais en sens opposé par une paire d'engrenages extérieurs non montrés. Sur chaque cylindre il y a une paire de pales 20,20 et 21,21 qui passent juste dans l'alésage du carter. Les cylindres ont des fentes 22, 22 et 23, 23 découpés en eux du côté menant de la pale du rotor débitant b et du côté suivant du rotor d'admission a, chacune légèrement plus grande en longueur que les pales pour que celles-ci puissent passer à chaque tour.
Les fentes 22, 22 et 23,23 sont faites de part en part jusqu'à l'intérieur des alésages 24, 25 des cylindres et sont employées comme lumières pour l'admission et l'évacuation de l'air. Des conduits dans l'un des ou dans les deux plateaux d'extrémités du carter extérieur sont prévus pour assurer la communication avec les alésages intérieurs des rotors. L'alésage de chaque rotor est circulaire et concentrique avec son rotor, et une soupape tubulaire fixe 26 est prévue, dont une partie est en forme de grille. .
La rotation du segment de soupape réglable 27 dans le rotor d'ad- mission,!!, dans un sens opposé à celui des aiguilles d'une montre,réduit la longueur de la période d'admission et commande ainsi la quantité de fluide passé par la machine. La rotation du segment de soupape réglable 28 à 1'intérieur du rotor débitant b, dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, augmente le degré de compression interne produit avant que le débit ne commence. La pression de débit est déterminée par les capacités relatives du compresseur et de la machine alimentée et pour un fonctionnement efficace une compression intérieure doit être approximativement égale à la pression de débit.
Pour obtenir cela, le segment tournant de la soupape de débit peut être couplé à un dispositif sensible à la pression 31 actionné par la différence entre la pression de débit et la pression de compression.
En reliant la soupape 27 du rotor d'admission au système de contrôle de la puissance du moteur comme montré par la flèche 32, on fait varier la quantité d'air délivrée par cycle en même temps qu'on modifie le réglage du contrôle de puissance.
Oy. Pour plus de détails sur la pompe on se réfèrera au brevet anglais n 665.484.
Les figures 9 et 10 montrent un moteur à combustion interne avec un piston à taux de compression variable et un compresseur à déplacement variable. La figure 9 montre schématiquement une section transversale de la machine au travers d'un cylindre ayant un piston fait de deux parties principa- les 1 et 5, l'extrémité 6 de la partie extérieure en forme de calotte formant la couronne du piston tandis que la chambre 7 est formée entre les extrémités des deux parties. Le piston est fixé par une broche 2 au petit but
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de la bielle 40 L'agencement des diverses pièces est tel que décrit en se ré- férant à la figure 7.
Le compresseur a déplacement variable 33 a deux rotors a et b pourvus de soupapes tubulaires 26, tandis que la lumière d'admission est pourvue d'une pièce en partie cylindrique 27 qui est reliée par une trin- gle à la pédale d'accélérateur 31 au moyen de laquelle on contrôle la quan- tité d'air ou de mélange d'air et de combustible délivrée par le compresseur.
Figure 10 est une élévation latérale montrant comment le compresseur à dépla- cement variable est contrlé par la pédale d'accélérateur 31 du moteur, tan- dis qu'une soupape papillon peut être prévue si nécessaire en ce qui concer- ne le carburateur 32 pour la marche à faible vitesse.
La demande de brevet belge antérieure n 407.707 décrit et reven - dique un moteur à combustion interne dans lequel on peut faire varier le vo- lume d'espace mort du cylindre en faisant varier la distance entre une partie au moins de la couronne du piston et la relation entre le piston et le moyen prévu pour transformer le mouvement alternatif du piston en mouvement de rota- tion, comprenant une machine à débiter de l'air ou un mélange air-combustible qu'on peut régler pour faire varier la quantité d'air ou de mélange fournie au moteur.
Ou plus spécifiquement., le moteur est muni d'un piston comme dé- crit et revendiqué dans cette demande en même temps qu'une machine à débit variable telle que décrite et revendiquée dans le brevet britannique n 665.484, et par suite les revendications de la présente demande sont limitées comme excluant l'une quelconque des constructions revendiquées dans ladite première demande qui sont pourvues tous deux desdits moyens spécifiques pour faire varier le taux de compression et de ladite machine spécifique de débit d'air ou de mélange d'air et de combustible qu'on peut régler pour faire varier la quantité d'air ou de mélange fournie au moteuro a REVENDICATIONS.
1. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il est pourvu à la fois de moyens pour faire varier le rapport de compression et d'une machine à débiter de l'air ou un mélange d'air et de combustible qu'on peut régler pour faire varier la quantité d'air ou de mélange fournie au moteur.