Moteur à combustion interne. Cette invention a pour objet un moteur à combustion interne fonctionnant à quatre temps suivant le principe des moteurs dans lesquels un combustible est enflammé spon tanément sous une compression élevée, et il se caractérise par des groupes de cylindres jumelés alimentés, pour chaque groupe, l'un de gaz combustible _ et l'autre d'un gaz com burant, les cylindres de chaque groupe étant mis en communication entre eux à la fin de la période de compression du gaz combustible et du gaz comburant dans leur cylindres res pectifs de manière à produire l'inflammation et la combustion du gaz combustible, les ,
gaz en combustion exerçant leur action motrice simultanément dans les deux cylindres jume lés faisant partie d'un même groupe.
Dans la réalisation pratique de l'inven tion, le moteur est, de préférence, poly-cylin- drique, c'est-à-dire comporte plusieurs paires de cylindres jumelés; il peut comporter des cylindres démarreurs permettant la mise en marche initiale du moteur à l'aide de gaz sous pression. Les cylindres jumelés peuvent avoir même alésage ou des alésages différents selon la nature du gaz combustible et du gaz combu rant employés; ils sont de préférence de grande longueur de manière à permettre l'em ploi de pistons également de grande longueur pourvus d'un grand nombre de segments des tinés à empêcher les fuites des gaz fortement comprimés.
Le gaz combustible peut être un gaz com- bustible quelconque tel que du gaz d'éclai rage, du gaz pauvre, mais de préférence de l'hydrogène; le gaz comburant peut être soit l'air, soit l'oxygène; dans le cas où il est fait usage d'hydrogène et d'oxygène ces deux gaz peuvent être pris par l'intermédiaire d'un détendeur à des réservoirs ou à des bonbonnes contenant une réserve de gaz sous forte com- pression.
Lors du fonctiônnement, les gaz combus- tible et comburant (lorsqu'il s'agit d'hydro gène et d'oxygène) pénètrent sous pression dans les cylindres respectifs faisant partie d'un même groupe de cylindres jumelés ou bien.
(lorsqu'il s'agit d'hydrogène et d'air libre) le gaz combustible seul est admis sous pression, tandis que l'air est aspiré dans les cylindres; ils sont ensuite comprimés dans les cylindres à une compression élevée par le re tour des pistons dans leur position de départ: au moment où la, compression est terminée, une communication est établie entre les deux cylindres jumelés, par exemple par l'inter médiaire d'un passage commandé par un pis ton-tiroir de telle sorte que l'inflammation se produit sous l'effet de la chaleur de compres sion et que les gaz en combustion peuvent exercer leur puissance motrice simultanément sur les deux pistons faisant partie du même groupe de cylindres jumelés.
Ces pistons, dans la course suivante, provoquent l'expul sion des gaz brûlés par l'ouverture d'organes d'échappement convenables.
Lorsqu'il est fait usage de plusieurs groupes de cylindres jumelés, destinés à être mis en service successivement selon la force exigée du moteur, on peut prévoir des cylin dres de démarrage installés de préférence entre les groupes de cylindres jumelés. Ces cylindres démarreurs sont pourvus d'un or gane d'admission et d'un organe d'échappe ment convenablement commandés permettant l'admission d'un gaz sous pression destiné à produire une ou plusieurs courses initiales procurant les premières aspirations et com pressions dans une ou deux paires de cylin dres moteurs jumelés.
Bien que le moteur suivant l'invention soit susceptible des réalisations mécaniques les plus diverses, on décrira ci-après, à titre d'exemple, une réalisation représentée sché matiquement par les dessins annexés destinés uniquement à montrer une des façons dont les différents cylindres peuvent être disposés. Dans cet exemple, on a. choisi le cas d'un mo teur dans lequel le gaz combustible est de l'hydrogène et le gaz comburant l'air am biant.
Dans ces dessins, la- fig. 1 donne une coupe verticale par l'axe des cylindres, cette coupe correspondant à une coupe prise par la ligne A-B dans la fig. 3; La fig. ? donne une coupe verticale trans versale prise par la ligne C-D dans les fig. 1 et 3;
La fig. 3 est une vue en plan montrant schématiquement la disposition des cylindres et des organes distributeurs; ces derniers sont représentés sous forme de pistons-tiroirs; La fig. -1 donne une coupe verticale trans versale prise par la ligne E-F dans les fig. 1 et 3.
Le moteur représenté comporte un carter 1 dans lequel tourne un arbre coudé 2 sur lequel agissent des bielles 3 reliées à des pis tons .1 se déplaçant dans des cylindres formés dans un bloc 5. Dans l'exemple choisi, on a supposé que le moteur comporte deux groupes de cylindres jumelés séparé; par deux cylin dres démarreurs. Les cylindres de chaque groupe moteur sont désignés par 6 et 7, les cylindres 6 étant supposés être des cylindres pour la compression du combustible, de l'hy drogène, par exemple, et les cylindres 7 des cylindres pour la. compression de l'air néces saire à la combustion de ce combustible.
Comme le montrent les dessins, les pistons .1 se déplaçant dans ces cylindres ont une grande longueur se rapprochant de la lon gueur de leur course de manière à pouvoir être munis d'un grand nombre de segments 8 d'étanchéité empêchant les fuites malgré la compression élevée à laquelle fonctionne le moteur.
Entre les deux groupes de cylindres ju melés 6 et 7 sont disposés deux cylindres de démarrage 9 dans chacun desquels se déplace un piston 10. Ces cylindres sont en commu nication par des passages 11 (voir fig. <B>3</B> tracé pointillé) ménagés dans la culasse du bloc 5 des cylindres avec des boîtes 12 et 13 con tenant les organes distributeurs pour l'ad- mission et l'échappement du gaz sous pres sion, destiné à. produire le démarrage du moteur.
La, culasse du bloc de., cylindres présente, dans le plan axial de chaque groupe de ey- lindres jumelés 6 et 7, deux passages 14 pou vant être mis en communication par le dé placement d'un piston-tiroir 15 logé dans une cavité du bloc du cylindre. Chaque cylindre G communique, d'autre part, latéralement par des conduits 16 et 17 avec des chambres 19 et 20 fermées par des chapeaux 21' et con tenant des pistons-tiroirs 22 (fig. 3) pour l'admission du gaz combustible et l'échappe ment des produits de la combustion de ces cylindres.
Les cylindres 7 communiquent de même par des conduits 23, 24 (fil-. 2 et 3) avec des chambres 25, 26 analogues aux chambres 19 et 20, et contenant des pistons- tiroirs 27 pour l'admission du gaz comburant d'un côté et l'échappement des produits de la combustion des cylindres 7 de l'autre côté.
Les chambres 19 en relation avec les cy lindres 6' sont. en communication par des rac cords 28 (fig. 3) avec l'amenée du gaz com- bustible et les chambres 20 par des passages 29 avec un conduit général d'échappement 30 (fig. 3). Les chambres 25 correspondant aux cylindres 7 sont de même en communication avec un raccord d'admission 31 pour le com burant (dans le cas présent l'air atmosphé rique) et les chambres 2;6 par des passages 2,9 avec le conduit général d'échappement 30 (fig. 2 et 3).
Les divers organes distributeurs, repré sentés sous forme de pistons-tiroirs dans l'exemple choisi, peuvent être commandés d'une façon quelconque. Dans l'exemple représenté, on a supposé qu'il est fait usage, de chaque côté de l'axe du moteur, d'un arbre de dis tribution 32 (fig. 2) recevant son mouvement de l'arbre coudé 2 par une commande com prenant les engrenages 33, 34, 35 et 3-6.
Un des arbres 3.2 commande par des cames 3 7 tous les pistons tiroirs d'admission qui, à cet effet, sont soumis à l'action de ressorts 38 qui les maintiennent appuyés par leur tige 39 et un galet 40 contre les cames corres pondantes.
L'autre arbre 321 commande par des cames 41 tous les pistons-tiroirs d'échap pement et par des cames 42 les pistons-tiroirs 15 qui établissent la communication entre les conduits 14 reliant les cylindres 6 et 7 fai sant partie d'une même paire de cylindres jumelés. A cet effet, les cames 42 agissent sur des tiges 43 (fig. 4) qui actionnent des culbuteurs 44 pivotant en 45 sur la culasse des cylindres et attaquant les pistons- tiroirs 15.
Ces dispositions mécaniques pourraient naturellement varier dans une large mesure et il doit être entendu qu'elles ne sont données ici qu'a titre d'exemple d'une des nombreuses dispositions qui pourraient être adoptées.
Le moteur fonctionne en marche normale de la manière suivante: Si l'on suppose que les pistons-tiroirs 22 placés dans les chambres 19, et les pistons- tiroirs 27- placés dans les chambres 25 ont établi la communication respectivement entre les cylindres 6 et 7 et les raccords d'admis sion 28 et 3.1, au moment ait les pistons 4 des cylindres 6 et 7 se trouvaient au sommet de leur course (après une course d'.échappe- ment) de l'air sera aspiré dans le cylindre 7 par le raccord 31 et du gaz combustible pé nétrera dans le cylindre 6 par le raccord 28 (fig. 3),
lors de la descente suivante du pis ton 4 dans ces cylindres. Les cylindres 6 et 7 se rempliront par le fait, d'un volume de gaz et d'un volume d'air correspondant à une cy lindrée complète et, lors de la course ascen dante suivante des pistons dans les cylindres 6 et 7 jumelés, après fermeture des passages commandés par les pistons-tiroirs 22 et<B>27,</B> l'air et le gaz (hydrogène) se comprimeront dans les cylindres pour atteindre ou dépasser 40 atmosphères lorsque les pistons seront au sommet de leur course.
A ce moment les pistons-tiroirs 15 se dé placeront sous l'action des culbuteurs 44 et établiront la communication entre les pas sages 14 (position de la fig. 1) provoquant ainsi le mélange de l'air et du .gaz fortement comprimés dans les chambres de compression formées à l'extrémité supérieure des cylin dres.
Ce mélange s'enflammant spontanément, sous l'action de la chaleur de compression, brûlera simultanément dans les deux cylin dres 6 et 7 et exercera sa détente sur les pistons de ces -deux cylindres qui effectue ront ainsi leur course motrice.
Cette course achevée, les pistons-tiroirs 15 s'étant de nou veau déplacés, les pistons-tiroirs 22 contenus clans les chambres 20 et les pistons-tiroirs \? 7 contenus dans les chambres 26 livreront pas sage aux gaz de combustion qui, lors de la course ascendante suivante des pistons seront expulsés par les raccords ?9@ dans le conduit. r:c=néral d'échappement 30.
Le moteur aura donc fonctionné à quatre temps et le gaz combustible ainsi due le gaz comburant. au ront été comprimés séparément dans leurs cylindres respectifs avant que le mélange obtenu par le déplacement des pistons-tiroirs 15, puisse exercer son action motrice simul tanément dans les deux cylindres.
L n moteur semblable, ne disposant d'au- PUR moyen d'allumage, il est évident que la course motrice initiale, au moment du départ, doit être produite par un organe moteur auxiliaire. Cet organe moteur auxiliaire est constitué, dans le cas présent, par les deux cylindres de démarrage 9 installés entre les deux paires de cylindres jumelés 6 et 7 qui font fonctionner le moteur comme moteur à quatre temps.
Ce démarrage peut être obtenu aisément à condition de caler les manivelles clé commande des pistons 10 des cylindres démarreurs dans une position convenable par rapport aux pistons .1 des groupes de cylin dres jumelés 6 et 7 de façon que quand ces pitons s'arrêtent un des pistons démarreurs 10 se trouve an sommet de sa course.
Le piston-tiroir d'admission contenu dans la boîte 12 correspondant au piston se trouvant en position de démarrage découvre à ce mo ment le passage 11 correspondant et il suffit alors de produire à. la main, par l'ouverture d'un robinet, une adMission des gaz compri més dans ce cylindre 9 pour obtenir le lan cement du piston démarreur considéré et par suite l'aspiration et la. compression initiales clans les cylindres jumelés 6 et 7.
A cet effet, les boîtes 12 (fig. 3) conte nant. les pistons-tiroirs coopérant avec les cy lindres démarreurs 9 sont. en communication par des passages 45 avec une boîte 46 rac e crdée en 47 à une amenée de gaz sous pres sion. Les boîtes 13 contenant les pistons- iiroirs commandant l'échappement du gaz ayant agi dans les cylindres démarreurs 9 sont reliés directement par des passages 48 (fig. 3) au conduit d'éuhappement général 30.
Dans l'exemple représenté, le moteur étant supposé fonctionner à l'aide d'hydrogène et d'air, les cylindre: 7 agissant comme cylin dres compresseurs d'air sont. supposés possé der un diamètre plus grand que les cylindres à gaz combustible 6. Le diamètre de ces cy lindres 7 variera toutefois en pratique selon 1c gaz comburant employé et selon la force du moteur.
Dans le cas où ce gaz serait de l'oxygène pur, le diamètre pourrait évidem ment être notablement réduit. Le moteur étant destiné à fonctionner avec une admis sion correspondant à une cylindrée complète afin d'obtenir le degré de compression néces saire pour assurer l'inflammation spontanée du mélange, la variation de la puissance du moteur sera obtenue, de préférence sois; par la mise en service successive d'un certain nombre de paires de cylindres jumelés, soit par la variation de la, pression du gaz com bustible avant son admission dans les cy lindres.
Internal combustion engine. This invention relates to an internal combustion engine operating four-stroke according to the principle of engines in which a fuel is ignited spontaneously under high compression, and it is characterized by groups of twin cylinders supplied, for each group, the one of combustible gas and the other of combustible gas, the cylinders of each group being placed in communication with each other at the end of the period of compression of the combustible gas and of the oxidizing gas in their respective cylinders so as to ignite and burn the combustible gas,
combustion gas exerting their driving action simultaneously in the two twin cylinders forming part of the same group.
In the practical embodiment of the invention, the engine is preferably poly-cylindrical, that is to say comprises several pairs of twin cylinders; it may include starter cylinders enabling the engine to be started for the first time using pressurized gas. The twin cylinders may have the same bore or different bores depending on the nature of the fuel gas and the combustion gas employed; they are preferably of great length so as to allow the use of pistons also of great length provided with a large number of segments of the tines to prevent leakage of highly compressed gases.
The fuel gas can be any fuel gas such as lighting gas, lean gas, but preferably hydrogen; the oxidizing gas can be either air or oxygen; in the event that hydrogen and oxygen are used, these two gases can be taken by means of a regulator from tanks or cylinders containing a reserve of gas under high compression.
During operation, the combustible and oxidizing gases (in the case of hydrogen and oxygen) enter under pressure into the respective cylinders forming part of the same group of twin cylinders or else.
(in the case of hydrogen and free air) the fuel gas alone is admitted under pressure, while the air is drawn into the cylinders; they are then compressed in the cylinders to a high compression by the return of the pistons to their starting position: when the compression is completed, communication is established between the two twin cylinders, for example through the intermediary of 'a passage controlled by a pis ton-drawer so that ignition occurs under the effect of the heat of compression and that the combustion gases can exert their motive power simultaneously on the two pistons which are part of the same group twin cylinders.
These pistons, in the following stroke, cause the expulsion of the burnt gases by the opening of suitable exhaust members.
When use is made of several groups of twin cylinders, intended to be put into service successively according to the required force of the engine, it is possible to provide starting cylinders preferably installed between the groups of twin cylinders. These starter cylinders are provided with an intake member and an exhaust member suitably controlled allowing the admission of a pressurized gas intended to produce one or more initial strokes providing the first aspirations and com pressures in one or two pairs of twin engine cylinders.
Although the engine according to the invention is capable of the most diverse mechanical embodiments, there will be described below, by way of example, an embodiment shown schematically by the appended drawings intended only to show one of the ways in which the different cylinders can be willing. In this example, we have. chose the case of an engine in which the fuel gas is hydrogen and the combustion gas is the ambient air.
In these drawings, FIG. 1 gives a vertical section through the axis of the cylinders, this section corresponding to a section taken by the line A-B in FIG. 3; Fig. ? gives a transverse vertical section taken by line C-D in fig. 1 and 3;
Fig. 3 is a plan view schematically showing the arrangement of the cylinders and the distributing members; the latter are represented in the form of slide pistons; Fig. -1 gives a transverse vertical section taken by the line E-F in fig. 1 and 3.
The engine shown comprises a housing 1 in which a bent shaft 2 rotates on which the connecting rods 3 connected to udders .1 act moving in cylinders formed in a block 5. In the example chosen, it is assumed that the engine has two separate twin cylinder groups; by two cylinders dres starters. The cylinders of each engine group are designated by 6 and 7, the cylinders 6 being assumed to be cylinders for the compression of fuel, hydrogen, for example, and the cylinders 7 of the cylinders for. compression of the air necessary for combustion of this fuel.
As shown in the drawings, the pistons .1 moving in these cylinders have a great length approaching the length of their stroke so that they can be provided with a large number of sealing rings 8 preventing leaks despite the high compression at which the engine is operating.
Between the two groups of twin cylinders 6 and 7 are arranged two starting cylinders 9 in each of which a piston 10 moves. These cylinders are in communication by passages 11 (see fig. <B> 3 </B> tracing dotted line) formed in the cylinder head of the block 5 of the cylinders with boxes 12 and 13 containing the distributors for the admission and exhaust of the gas under pressure, intended for. start the engine.
The cylinder head of the cylinder block has, in the axial plane of each group of twin cylinders 6 and 7, two passages 14 which can be placed in communication by the displacement of a piston-slide 15 housed in a cylinder block cavity. Each cylinder G communicates, on the other hand, laterally by conduits 16 and 17 with chambers 19 and 20 closed by caps 21 'and containing slide pistons 22 (fig. 3) for the admission of the fuel gas and the escape of combustion products from these cylinders.
The cylinders 7 communicate in the same way by conduits 23, 24 (fil-. 2 and 3) with chambers 25, 26 similar to the chambers 19 and 20, and containing piston-drawers 27 for the admission of combustion gas from a side and the exhaust of combustion products from cylinders 7 on the other side.
The chambers 19 in relation to the cylinders 6 'are. in communication by couplings 28 (FIG. 3) with the supply of the combustible gas and the chambers 20 by passages 29 with a general exhaust duct 30 (FIG. 3). The chambers 25 corresponding to the cylinders 7 are likewise in communication with an inlet connection 31 for the fuel (in the present case atmospheric air) and the chambers 2; 6 via passages 2.9 with the general duct. exhaust 30 (fig. 2 and 3).
The various distributing members, represented in the form of slide pistons in the example chosen, can be ordered in any way. In the example shown, it has been assumed that use is made, on each side of the motor shaft, of a distribution shaft 32 (FIG. 2) receiving its movement from the bent shaft 2 by a control comprising gears 33, 34, 35 and 3-6.
One of the shafts 3.2 controls by cams 37 all the intake slide pistons which, for this purpose, are subjected to the action of springs 38 which keep them supported by their rod 39 and a roller 40 against the corresponding cams.
The other shaft 321 controls by cams 41 all the exhaust piston-slide valves and by cams 42 the slide-piston 15 which establish communication between the ducts 14 connecting the cylinders 6 and 7 forming part of the same pair of twin cylinders. To this end, the cams 42 act on rods 43 (fig. 4) which actuate rocker arms 44 pivoting at 45 on the cylinder head of the cylinders and attacking the piston-slide 15.
These mechanical arrangements could of course vary to a large extent and it should be understood that they are given here only as an example of one of the many arrangements which could be adopted.
The engine operates in normal operation as follows: If it is assumed that the slide pistons 22 placed in the chambers 19, and the slide pistons 27- placed in the chambers 25 have established the communication respectively between the cylinders 6 and 7 and the inlet fittings 28 and 3.1, when the pistons 4 of cylinders 6 and 7 are at the top of their stroke (after an exhaust stroke) air will be drawn into the cylinder 7 via connection 31 and fuel gas will enter cylinder 6 via connection 28 (fig. 3),
during the next descent of the pis ton 4 in these cylinders. The cylinders 6 and 7 will be filled by the fact, with a volume of gas and a volume of air corresponding to a complete cylinder capacity and, during the next upward stroke of the pistons in the twin cylinders 6 and 7, after closing the passages controlled by the piston-slides 22 and <B> 27, </B> the air and gas (hydrogen) will compress in the cylinders to reach or exceed 40 atmospheres when the pistons are at the top of their stroke .
At this moment the slide pistons 15 will move under the action of the rocker arms 44 and establish communication between the wise steps 14 (position of FIG. 1) thus causing the mixture of air and highly compressed gas in the compression chambers formed at the upper end of the cylinders dres.
This mixture ignites spontaneously, under the action of the heat of compression, will burn simultaneously in the two cylinders 6 and 7 and will exert its expansion on the pistons of these -two cylinders which will thus perform their driving stroke.
This race completed, the piston-slides 15 having moved again, the piston-slides 22 contained in the chambers 20 and the piston-slides \? 7 contained in the chambers 26 will not deliver wise to the combustion gases which, during the next upward stroke of the pistons will be expelled through the fittings 9 @ into the duct. r: c = exhaust neral 30.
The engine will therefore have operated at four strokes and the combustible gas thus due to the oxidizing gas. ront have been compressed separately in their respective cylinders before the mixture obtained by the displacement of the slide pistons 15 can exert its driving action simultaneously in the two cylinders.
A similar engine, having no PUR ignition means, it is obvious that the initial driving stroke, at the time of departure, must be produced by an auxiliary driving component. This auxiliary driving member is constituted, in the present case, by the two starting cylinders 9 installed between the two pairs of twin cylinders 6 and 7 which make the engine operate as a four-stroke engine.
This starting can be easily obtained on condition of wedging the key cranks controlling the pistons 10 of the starter cylinders in a suitable position with respect to the pistons .1 of the twin cylinder groups 6 and 7 so that when these eyebolts stop one of the starter pistons 10 is at the top of its stroke.
The intake piston-slide contained in the box 12 corresponding to the piston in the starting position discovers at this moment the corresponding passage 11 and it is then sufficient to produce at. the hand, by opening a valve, an admission of compressed gases in this cylinder 9 to obtain the launching of the starter piston in question and consequently the suction and the. initial compression in twin cylinders 6 and 7.
For this purpose, boxes 12 (fig. 3) containing. the piston-spools cooperating with the starter cylinders 9 are. in communication by passages 45 with a gearbox 46 created at 47 to a pressurized gas supply. The boxes 13 containing the pistons-iiroirs controlling the exhaust of the gas having acted in the starter cylinders 9 are connected directly by passages 48 (FIG. 3) to the general exhaust duct 30.
In the example shown, the engine being supposed to operate using hydrogen and air, the cylinders: 7 acting as cylinders of air compressors are. assumed to have a larger diameter than the fuel gas cylinders 6. The diameter of these cylinders 7 will, however, vary in practice according to the combustion gas employed and according to the force of the engine.
In the event that this gas is pure oxygen, the diameter could obviously be significantly reduced. Since the engine is intended to operate with an intake corresponding to full displacement in order to obtain the degree of compression necessary to ensure spontaneous ignition of the mixture, the variation in engine power will be obtained, preferably either; by the successive commissioning of a certain number of pairs of twin cylinders, or by varying the pressure of the fuel gas before it is admitted into the cylinders.