BE831370A - Moteur a combustion interne et procede de refroidissement de ce moteur - Google Patents

Description

  Moteur à combustion interne et procédé de refroidissement

  
de ce moteur.

  
Dans les moteurs à combustion interne conventionnels, la chaleur produite par les explosions est

  
dissipée en partie ou conduite dans les parois métalliques environnantes et, étant conduite dans les parois, elle est

  
diffusée dans l'air par des tubes à ailettes à la surface

  
des cylindres par où elle est conduite dans un fluide réfri-  gérant qui se trouve dans une chemise entourant le cylindre.

  
Le moteur décrit selon l'invention est extrêmement efficace dans son opération mais il s'est avéré qu'on peut obtenir un rendement supérieur si la chaleur de la combustion n'est pas absorbée par les cylindres, les pistons et la chambre à combustion.

  
Ainsi, l'objet principal de l'invention est

  
de créer un moteur à combustion interne rotatif qui puisse réduire la chaleur qui est absorbée par les cylindres,

  
les pistons, la chambre à combustion etc. Un autre objet de l'invention est de créer un moteur à combustion interne rotatif dont les cylindres, les pistons et la chambre à combustion sont revêtus d'un matériau ayant un coefficient

  
de conductibilité de chaleur très bas comme la céramique ou l'acier inoxydable.

  
Un autre objet de l'invention est de créer

  
un moteur à combustion interne rotatif dont les pistons et les cylindres sont entièrement faits d'un matériau ayant un coefficient de conductibilité de chaleur très bas comme la céramique ou l'acier inoxydable.

  
Un autre objet de l'invention est de créer

  
un moyen de refroidir un moteur à combustion interne rotatif.

  
Un autre objet de l'invention est de créer

  
un moteur à combustion interne rotatif ayant un rendement plus élevé.

  
Un autre objet de l'invention est le refroidissement de l'intérieur des cylindres d'un moteur à combustion interne par l'introduction d'un excès d'air relativement froid dans les cylindres pour évacuer les gaz résultant de la combustion et aussi refroidir les pistons et l'intérieur des cylindres, cette quantité d'air ambiant étant plus élevée que la quantité d'air nécessaire à la seule évacuation des gaz d'échappement.

  
Un autre objet de l'invention est la construction d'un moteur à combustion interne rotatif qui puisse être manufacturé économiquement et qui soit de construction durable.

  
Tous ces points seront évidents à un homme

  
de métier.

  
Dans cette invention, les cylindres, les têtes de piston et les chambres de combustion sont revêtus d'un matériau ayant un coefficient de conductibilité de chaleur très bas comme la porcelaine ou autre matière, afin de réduire la quantité de chaleur qui sera absorbée par

  
les cylindres, les pistons, les chambres de combustion, de telle manière que le moteur soit refroidi plus efficacement par l'introduction d'air à l'intérieur des cylindres.

  
Une construction modifiée est montrée ici aussi dans laquelle les cylindres et les pistons sont faits d'un matériau ayant un coefficient de conductibilité bas comme la céramique ou l'acier inoxydable.

  
Cette invention comprend la construction, les arrangements et la combinaison des diverses pièces dont les objectifs en considération sont atteints comme démontré plus complètement ci-dessous et comme expliqué spécifiquement dans les revendications du brevet et illustré dans les dessins mentionnés dans lesquels :
La figure 1 est une vue en perspective du moteur de cette invention. La figure 2 est une vue sectionnelle agrandie le long des lignes 2-2 de la figure 1, avec une partie du dessin en coupe pour illustrer l'invention plus complètement. La figure 3 est une vue en perspective d'un des cylindres du moteur. La figure 4 est une vue sectionnelle agrandie de la figure 2. La figure 5 est une vue comme celle de la figure 4 mais montrant une forme modif iée.

   La figure 6 est une vue sectionnelle partielle vue le long des lignes 6-6 de la figure 1 avec un dessin en coupe pour illustrer l'invention plus complètement. La figure 7 est une vue longitudinale partielle du bloc. La figure 8 est une vue sectionnelle le long des lignes 8-8 de la figure 6.

  
Le moteur selon l'invention porte la référence
10 et comprend les bâtis du moteur 12 et 14 qui sont tenus ensemble par des boulons 16 ou par d'autres moyens comme illustré aux figures 1 et 2.

  
Dans la figure 1 on voit une came circulaire
18 située entre les bâtis 12 et 14, les boulons 16 passant d'un côté à l'autre. La came 18 est positionnée en regard aux bords périphériques des bâtis 12 et 14 près des encastrements annulaires 20 et 22 formés dans l'intérieur respectivement (figure 6).

  
Le bâti 12 comprend une partie du palier 24 qui s'étend de là pour le montage du moteur.

  
L'arbre de commande rotatif 26 s'étend à travers le châssis 12 et est supporté par une portée de l'arbre de couche 28.

  
La référence 30 se réfère généralement à un bloc qui passe par le bâti 14 du moteur 10, de manière que son extrémité intérieure 32 se trouve très près de l'extrémité intérieure de l'arbre 26. Une partie du bloc 30 comprend des parties de blocs 34 et 36 lesquelles sont fixées avec

  
des boulons 38. Deux entailles 40, 42 sont formées dans les blocs 34 et 36 lesquels sont fixés par des boulons 38. Deux entailles 40 et 42 sont formées dans le bloc 34 aux côtés opposés, comme montré dans la figure 7.

  
Le bloc 30 est muni d'un dispositif 44 pour fournir des huiles de graissage pour les rainures annulaires
46 et 48. Une partie du bloc 36 comporte un orifice fileté intérieurement 50 qui a un conduit d'air 52 inséré dans cet orifice. Le conduit d'air est connecté à une source d'air comprimé. L'orifice 50 est connecté à un compartiment d'air
54 muni de deux conduits espacés 56 et 58 sortant du canal

  
à air. Une partie du bloc 34 est munie de deux conduits à

  
air allongés 60 et 62 qui sont connectés aux conduits 56 et

  
58. Comme montré en figure 7, les extrémités intérieures des canaux 60 et 62 sont connectées avec les entailles 42 et 40 respectivement pour former les orifices d'air 64 et 66 respectivement.

  
La référence 68 se réfère généralement à un assemblage de valve à aiguille dans le bloc 30 afin de fournir le combustible aux cylindres par les tuyères d'aspiration

  
70 et 72 en son temps propre.

  
La référence 74 se réfère à un rotor monté sur un bloc 34. Une section de la jante 76 du rotor 74 est

  
 <EMI ID=1.1> 

  
74 est attaché à l'arbre 26 de façon appropriée.

  
La référence 82 se rapporte à un cylindre qui est monté dans chaque ouverture 78 et ayant un rebord pouvant recevoir un dispositif rotatif 74 comme indiqué dans la figure 2. Chaque cylindre 82 est fixé au dispositif rotatif
74 au moyen de vis qui passent au travers des ouvertures 86 formées dans le rotor 84. Chaque cylindre 82 comprend une partie intérieure 88 et un lambris 90 dont une partie est munie de deux fentes opposées 92 et 94 et de plusieurs orifices d'échappement s'étendant à travers les cylindres autour de leur circonférence. Un piston mouvant 98 est monté dans chaque cylindre 82 formant ainsi une chambre de combustion composée généralement d'une tête 100 et d'une chemise
102. Un rouleau 104 est monté sur l'arbre 106 qui est attaché à la chemise 102.

   Le rouleau 104 se déplace sur la surface de la came 108 -cette came portant le numéro 18- ce qui fait mouvoir le piston dans le cylindre selon les rotations du rotor du moteur. Chaque piston a plusieurs orifices
110 qui sont formés dans la partie du lambris. Une chambre de combustion 112 se trouve dans le moteur et entoure chaque cylindre.(voir figure 6). La chambre d'échappement 112 est connectée aux orifices d'échappement 96 dans le cylindre 82.

  
La construction des pistons et des cylindres qui a été retenue est montrée dans la figure 4 : la tête 100 du piston 98 est revêtue d'une matière 118 qui a un coefficient de conductibilité de chaleur bas comme la céramique. La surface intérieure du cylindre 82 est également revêtue de cette matière 118 comme l'est la chambre de combustion 120 du rotor.

  
Une forme modifiée des pistons et cylindres est montrée dans la figure 5. Dans cette figure, le cylindre
82 et le piston 98 sont faits entièrement d'une matière au coefficient de conductibilité de chaleur bas comme la porcelaine qui a un coefficient de conductibilité à la chaleur d'environ 0,6. 

  
Il a été déterminé que l'acier inoxydable est un matériau excellent pour faire des pistons et cylindres

  
ou pour être employé comme matériau de revêtement 118. Les aciers inoxydables sont des alliages contenant du nickel et

  
du chrome avec plus de 12 % de chrome pour causer la passivité, mais moins de 30 %. L'acier inoxydable est préférable parce qu'il a une conductibilité thermique beaucoup plus basse

  
que la fonte. Par exemple à une température moyenne typique, la fonte a une conductibilité thermique de 0.112 tandis que l'acier inoxydable (type AISI-304) a une valeur de 0.036.

  
Le type 304 est préférable, il comprend 18 % à 20 % de chrome et 8 à 12 parties de nickel. La série 300 (type AISI) d'acier inoxydable est préférable aux autres séries.

  
Les références ci-.dessus proviennent de "Metals Handbook" Vol.I, p.408,409,423,etc... publié par "American Society of Metals". Les surfaces de cames 108 de la came 18 comprennent des "lobes" 122 et 124. Comme montré

  
dans la figure 2, les lobes 122 et 124 sont munis d'un

  
"dwell" 126 et 128 qui a un rayon mesuré à partir du centre géométrique de la came 18 sur laquelle sera maintenu le piston en position stationnaire.

  
En fonctionnement, le combustible sous pression est amené de manière constante aux orifices d'injection 70 et

  
72. La seule fois que le combustible sortira des injecteurs, se situe lorsque les injecteurs sont en communication avec

  
les extrémités intérieures ouvertes des cylindres à travers les orifices 130 formés dans le dispositif rotatif 74. Quand les injecteurs 70 et 72 sont en communication avec les cylindres 82, le combustible est forcé à l'intérieur des cylindres.

  
 <EMI ID=2.1>  

  
vent 54 de manière que l'air soit purgé des extrémités intérieures des alésages 60 et 62 (orifices 64 et 66) quand les entailles 42 et 40 sont en communication avec l'intérieur des cylindres respectifs à travers les orifices 130 tandis que le rotor tourne autour du bloc stationnaire 30. De l'huile sous pression est aussi amenée aux rainures d'huile
46 et 48 de manière que le lubrifiant pénètre entre les surfaces internes du rotor et la surface externe du bloc 34. La mince pellicule d'huile entre le bloc 34 et le rotor 74 sert aussi à sceller les orifices 130 par rapport à la surface extérieure du rotor. La figure 2 montre les pistons supérieurs et inférieurs en position d'allumage. Dans la position de la figure 2, les rouleaux des pistons sont

  
situés sur la surface supérieure au centre des "lobes" 126 et
128 respectivement.

  
Comme le fonctionnement des pistons supérieurs est le même que celui des pistons inférieurs (figure 2) on décrira seulement le fonctionnement ou les cycles des pistons supérieurs.

  
Si l'on accepte le fait que le combustible et l'air ont été introduits à l'intérieur du cylindre, la forme de la came comprime le mélange combustible-air au taux de compression maximum au point mort supérieur quand l'ignition commence. Avant que la pression de l'huile puisse monter au-delà des limites désirées, on laisse le piston s'étendre légèrement jusqu'à sa position "dwell" 126 et il est tenu

  
dans la même position d'extension relative jusqu'à ce que

  
la combustion ait été complétée. Après la complète combustion et après que toute l'énergie chimique du combustible ait été convertie en chaleur, on laisse le piston s'étendre et convertir l'énergie de la chaleur en énergie mécanique ou de torsion, mais seulement quand toute la combustion a été complétée et la puissance entière de la combustion est disponible au début du temps d'expansion après le "dwell".

  
La céramique ou l'acierinoxydable 118 recouvrant la surface interne du cylindre de la chambre de combustion et du rotor et aussi la surface externe des têtes des pistons ou la céramique ou acier inoxydable dont ces pièces sont composées réduisent substantiellement la quantité de chaleur qui est absorbée ou qui passe par les cylindres, la chambre de combustion et les pistons. La température du matériau 118 monte immédiatement après la combustion mais, comparativement, peu de chaleur est conduite par le matériau du cylindre de la chambre de combustion et du piston. Si

  
on laissait la chaleur de la combustion rester en surface ou sur le matériau 118, même en petite quantité, les temps d'expansion successifs amèneraient de la chaleur additionnelle, ce qui ferait monter la température à un degré excessif. Comme mentionné auparavant, un air relativement froid sous pression est introduit constamment dans les entailles 40 et 42 ce qui permet de le forcer dans les cylindres quand les entailles sont en communication avec les cylindres à travers les orifices 130 pendant le fonctionnement du rotor et des cylindres.

  
L'air sous pression est forcé dans les cylindres, ce qui cause le déplacement des gaz d'échappement des cylindres quand la tête du piston est descendue au-dessous des orifices 96. L'air non seulement déplace les gaz d'échappement du cylindre mais contribue aussi à refroidir le moteur en même temps qu'il aide à recharger les cylindres pour le cycle suivant. On pourra appeler l'air ainsi fourni "air ambiant" mais de toute façon l'air devra provenir d'une source d'air relativement frais.

  
L'air froid est introduit dans les cylindres directement en grosses quantités afin de purger les gaz d'échappement et de refroidir le moteur. L'air est introduit en quantité plus importante qu'il n'est nécessaire au

  
simple refoulement des gaz d'échappement. L'air en contact avec le matériau 118 chasse la chaleur introduite par l'action de la combustion. On peut ainsi voir que le refroidissement du moteur divulgué ici ne dépend pas de la diffusion de la chaleur à travers les cylindres pour refroidir

  
la surface interne parce que les cylindres sont refroidis plus rapidement par la non-absorption de la chaleur. La figure 5 montre un fonctionnement identique à celui de la figure 4, empêchant la transmission de la chaleur à travers la chambre de combustion, les cylindres et les pistons.

  
En résumé, la température d'un matériau comme la porcelaine monte immédiatement pendent la combustion, mais isole les cylindres, les chambres à combustion et les pistons de la chaleur de la combustion. Aussitôt que l'air est introduit dans les cylindres pour les purger, l'air chasse la chaleur du matériau céramique faisant tomber rapidement la température. Comme moins de chaleur est absorbée par le matériau céramique lors du temps d'expansion, une quantité d'air moindre doit être introduite à l'intérieur des cylindres pour les refroidir. Après que la combustion, l'épuration des gaz et le refroidissement ont été réalisés, l'air introduit dans le cylindre est comprimé quand le rouleau sur le piston approche le "lobe" 124. Le piston descend dans le cylindre et ferme les orifices 96 ce qui

Claims (1)

1. permet à l'air dans le cylindre d'être comprimé. L'air est comprimé et le combustible est introduit quand les injecteurs 70 et 72 rencontrent les orifices 130 ce qui cause la

   mise à feu décrite ci-dessus (allumage).

   on peut voir ainsi que le moteur à combustion interne rotatif de cette invention présente un moyen unique de refroidissement des cylindres en réduisant la quantité

   de chaleur absorbée grâce à l'utilisation de matériau céramique ou d'acier inoxydable à l'intérieur des cylindres et à l'introduction d'air froid à l'intérieur de ces cylindres pour refroidir le matériau céramique ou l'acier inoxydable.

   Tandis que le moteur décrit ci-dessus

   envisage l'introduction de l'air et du combustible d'une manière séparée dans le cylindre, il est évident que le phénomène de refroidissement de l'air agissant en conjonction avec la céramique et l'acier inoxydable comme on l'a décrit plus haut se produirait de la même façon si l'air était introduit dans le cylindre en même temps que le combustible. On peut voir ainsi que le moteur à combustion interne

   rotatif de cette invention atteint tous les objectifs fixés ou exprimés.

   REVENDICATIONS

   1. Procédé de refroidissement d'un moteur à combustion interne ayant plusieurs cylindres et un piston

   se mouvant à l'intérieur de chacun de ces cylindres, caractérisé en ce que le combustible est introduit dans les cylindres (82 et 82') et en ce qu'on brûle ce combustible pour forcer les pistons (98 et 98') à se mouvoir selon un trajet d'expansion dans les cylindres (82 et 82'), en ce qu'on refroidit les cylindres (82 et 82') intérieurement en introduisant de l'air ambiant directement dans ces cylindres (82 et 82') et en ce qu'on retarde la transmission de chaleur dans et au travers des parois des cylindres (82 et 82') de sorte csme la conduction de chaleur extérieurement au travers des cylindres (82 et 82') soit diminuée et de sorte que les cylindres (82 et 82') soient'refroidis substantiellement par la seule introduction de l'air ambiant.

   2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air, ambiant chasse aussi des cylindres <EMI ID=3.1>

   3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une quantité d'air ambiant en excès est introduite directement dans les cylindres (82 et 82'), cette quantité en excès étant substantiellement plus importante que celle nécessaire seulement pour purger les gaz d'échappement ou pour alimenter les cylindres (82 et 82').

   4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retardement du transfert de chaleur se réalise par l'utilisation d'un matériau (118) ayant un coefficient de conductibilité de chaleur bas pour au moins une partie de la surface interne de la chambre de combustion formée par les cylindres (82 et 82') et les pistons

   <EMI ID=4.1>

   5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau (118) ayant un coefficient de conductibilité de chaleur bas est choisi dans un ensemble de céramiqueset d'aciers inoxydables. 6. Moteur à combustion interne comprenant

   un bâti de moteur avec un arbre rotatif s'étendant au dehors, un groupe de plusieurs cylindres adaptés pour recevoir du combustible, un piston se mouvant dans chaque cylindre et déplaçable entre la position de compression et celle d'expansion, les pistons formant une chambre de combustion en conjonction avec les cylindres, caractérisé en ce qu'on prévoit des dispositifs d'aération (54,60,62,64,66) pour chasser une source d'air ambiant relativement froid directement dans l'intérieur des cylindres (82 et 82') après combustion du combustible dans ces cylindres (82 et 82') afin de refroidir les pistons (98' et 98) et l'intérieur des cylindres (82 et 82'), et en ce qu'une portion de la surface interne de la chambre de combustion située entre les positions de compression et d'expansion des pistons est réalisée en un matériau calorifuge (118) .