Moteur à combustion interne à deux temps, à injection directe du combustible dans la charge d'air comprimé. La présente invention concerne un moteur à combustion interne à deux temps, à injec tion directe du combustible dans la charge d'air comprimé.
Il est caractérisé en ce que la chemise du cylindre comporte, en outre des lumières d'admission d'air et d'échappement, des lu mières supplémentaires, commandées par le piston et par un tiroir de distribution cylin drique, disposé concentriquement à la chemise du cylindre et comportant des lumières, qui coopèrent avec celles de la chemise du cylin dre pour établir la communication entre le cy lindre et un réservoir, et en ce que ces lumiè res supplémentaires sont fermées par le pis ton, au plus tôt à mi-course de compression, et restent ensuite feianées par le tiroir jus qu'au début de la course de compression sui vante.
Les dessins ci-joints représentent, à titre d'exemple, une forme de réalisation du mo teur selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe transver- sale de ce moteur qui est un moteur à pis tons opposés, et Les fig. 2 à, 14 sont des vues schématiques en .coupe longitudinale axiale du cylindre, montrant les positions relatives correspon dantes des pistons moteurs et du tiroir pen dant un cycle du moteur.
Comme représenté sur la fig. 1, 1a chemise du cylindre du moteur est constituée par un long fourreau fixe a, dans lequel .se déplacent respectivement les pistons opposés b et b', commandant les arbres-manivelles correspon dants c et c', déphasés angulairement et reliés positivement entre eux par engrenages (in diqués schématiquement en pointillé).
Le piston b, muni de segments d'étan chéité b2, commande des lumières a@, ména gées dans le fourreau cylindrique fixe a, pour l'admission. d'air pour le balayage et pour la charge, ainsi que des lumières supplé- mentaires a2, également ménagées dans ce fourreau, sur le pourtour de celui-ci.
Le piston b1, muni également de segments d'étanchéité b2, commande l'ouverture et la fermeture des lumières d'échappement a:', dans le fourreau a..
Un tiroir cylindrique d est placé concen- triquement et est soigneusement ajusté sur la surface extérieure et vers le bas du fourreau fixe a, ainsi que dans le fût de cylindre a5.
Des lumières d' et d2. ménagées dans le tiroir d, font communiquer, en temps oppor tun, l'intérieur du cylindre avec le collecteur de balayage e, d'abord, et ensuite avec un ré servoir f, respectivement.
Des segments a', placés dans des loge ments ménagés dans le fourreau fixe a, assu rent l'étanchéité entre le fourreau a et le ti roir d au-dessus et au-dessous des lumières a=.
Le tiroir d est commandé par une bielle g et par un excentrique g', monté sur l'arbre manivelle e et décalé par rapport à la. mani velle e d'un angle convenable pour assurer une distribution correcte.
La fig. 2 représente la. position relative des deux pistons b et b' à la fin de compres sion, c'est-à-dire en tenant compte de l'an gle de déphasage des deux manivelles e et c', le point de rapprochement maximum des deux pistons.
La fig. 3 représente le moteur en pleine détente. alors que le dernier segment h2 du piston b va découvrir les lumières a2; à ce mo ment, les gaz en détente, encore sous forte pression, ne peuvent s'échapper par les lu mières a2, qui sont obturées par le tiroir d.
La fig. 4 représente le moteur encore en détente; le piston b' va découvrir les lumières d'échappement a3. Le piston b a démw@qué les lumières a2 qui sont toujours obturées par le tiroir d.
La fig. 5 représente le moteur en détente. en pleine phase d'échappement; les lumières a2 sont toujours obturées par le tiroir d; le piston b a découvert les lumières de ba layage al.
La fig. 6 représente le moteur en détente à la fin d'échappement; les lumières a2 sont toujours obturées par le tiroir d: le piston <I>b</I> a découvert les lumières de balayage a'; les lumières d' du tiroir<I>d</I> permettent la commu- nication entre l'intérieur du cylindre et le col lecteur de balayage e, alimenté largement en air pur, à faible pression.
La fig. 7 représente le moteur à la phase de balayage; les lumières a2 sont toujours obturées. Le piston b' est à fin de course.
La fig. 8 représente le moteur en phase de balayage; c'est le moment de l'écartement maximum des deux pistons b et b', en tenant compte de l'angle de déphasage entre les deux manivelles c et c'.
La fig. 9 représente le moteur en pleine phase de balayage. Les lumières a2 sont tou jours obturées par le tiroir. Le piston b est à fin de course.
La fig. 1 0 représente le moteur lorsque le piston b' vient d'obturer les lumières d'échap pement a3; les lumières a:2 sont toujours obtu rées par le tiroir d. Les deux pistons b et b' reviennent vers la, chambre de compression.
La fig. l l représente le moteur au mo ment oii les lumières de balivage et d'admis sion d'air pur al -viennent d'être obturées par le piston b.
Lorsque la partie supérieure du piston b a. recouvert suffisamment le bord su périeur des lumières al, de façon à éviter toute perte de charge par ces lumières. le tiroir d (qui est en course descendante et dont la vi tesse linéaire approche de la valeur maxi mum) établira, brusquement. par l'intermé diaire des lumières a2 et d2, la communication entre l'intérieur du cylindre et le réservoir f.
Sur la. fig. 12, les deux pistons b et b' continuent à se rapprocher l'un de l'autre; le tiroir d est en course descendante. Les lu mières & et d\1 sont en pleine ouverture, c'est- à-dire établissent la pleine communication du cylindre avec le réservoir f.
La fig. 13 représente le moteur à l'instant précis où, le bord supérieur du piston b vient coïncider avec le bord supérieur des lumières a2; à. ce moment.
le volume compris entre les fonds des pistons b et b' est au plus égal à la moitié du volume maximum engendré par les pistons dans le cylindre, augmentée du volume de l'espace de compression, c7est-à- dire que les lumières a2 sont fermées par le piston b au plus tôt à mi-course de compres sion du moteur.
La fig, 14 montre la position du tiroir d à la fin de sa course vers le bas.
On peut constater, en suivant les déplace ments du tiroir d sur les fig. 2 à 14, qu'à n'importe quelle position, la paroi de ce ti roir empêche toute communication directe, le long de sa glissière d3, entre le réservoir f et le collecteur de balayage e.
L'espace mort de la chambre de compres sion, représenté sur la fig. 2, est calculé et établi en partant du volume existant dans le cylindre au moment de la fermeture des lu mières a2 par le piston b.
Pour des moteurs très rapides, de faible cylindrée, on peut déterminer le point de fermeture des lumières a' au moment où le volume maximum engendré par les pistons est réduit de moitié.
Pour les moteurs à régime lent, de très forte cylindrée, on pourrait reculer un peu plus le point de fermeture des lumières a2 jusqu'au moment où le volume maximum en gendré par les pistons serait réduit au tiers de sa. valeur. On pourrait, pour des moteurs de cylindrée moyenne, choisir des réglages intermédiaires entre ces deux limites, suivant les conditions d'utilisation choisies ou la na ture des combustibles employés.
Les lumières supplémentaires a2, établis sant la communication entre la chambre de compression du cylindre et le réservoir f, sont fermées par le piston b à un moment où celui-ci possède une très grande vitesse li néaire; la communication est interrompue très rapidement, c'est-à-dire que les effets de la minage de la charge, qui sont très nuisibles, sont très fortement réduits.
Comme le tiroir cylindrique d est com mandé directement par l'arbre manivelle c, on obtient également une grande vitesse d'ou verture de ces lumières supplémentaires a2 au début de la course de .compression.
Le tiroir cylindrique d étant disposé exté rieurement au cylindre, il est ainsi protégé d'un contact avec les gaz brûlés et avec les résidus de la combustion et est au contraire en contact avec l'air pur de balayage et de charge, à basse température, ce qui augmente sa durée de service.
Le balayage des gaz brûlés et l'alimenta tion normale du cylindre en air pur sont as- surés à l'aide d'un courant d'air frais à très basse pression, fourni par un ventilateur- pompe (non représenté), commandé par le moteur lui-même, par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement à roue libre, c'est-à- dire un dispositif d'entraînement dans un seul sens de rotation.
Ce ventilateur-pompe est du type hélicoïdal axial. Il doit avoir, en marche normale, un débit suffisant pour assurer: 1o le balayage complet des gaz brûlés, ainsi que l'alimentation normale du cylindre en air pur; 20 un courant d'air rapide et con tinu dans les canalisations d'échappement.
Ce ventilateur-pompe est disposé de façon à pou voir alimenter -en air surpressé, par deux col- lecteurs h, des tuyères convergentes-diver- gentes i, ainsi que les deux collecteurs de balayage e placés des deux çôtés et à la partie centrale du moteur.
L'évacuation des gaz brûlés, après ouver ture des lumières d'échappement, s'effectue à travers :des tuyères de détente convergentes- divergentes k, qui font suite aux :canaux d'échappement raccordés aux lumières as et qui sont placées symétriquement de chaque côté ales cylindres et diamétralement opposées.
Ces tuyères k débouchent chacune dans une tuyère convergente-divergente i, de plus grandes. dimensions, dans laquelle est envoyé par le ventilateur-pompe un courant d'air ra pide, de sorte que les tuyères -#--k consti tuent un éjecteur. Au moment de la détente brusque des gaz brûlés lors de l'ouverture des lumières d'échappement, les gaz d'échappe ment, passant par les tuyères k,
ont pour ef fet -de créer une violente accélération du cou rant d'air circulant à travers les tuyères i, autour de ces tuyères k, ce qui accroît l'effet d'éjecteur produit par les tuyères @-k.
La disposition .des lumières d'échappement a3 et des lumières d'admission d'air a@, res pectivement aux extrémités opposées du cy- lindre, facilite l'écoulement rapide. en équi- coura.nt à. travers le cylindre.
Le dispositif d'injection de combustible est représenté en l et la bougie d'allumage en <I>ix.,</I> cette bougie servant à. allumer la- charge gazeuse carburée, produite par l'injection de combustible dans la charge d'air comprimé.
Le fonctionnement du moteur représenté. à vitesse et puissance constantes, est le sui vant: Le ventilateur-pompe entretient l'alimei- tation en air sui-pressé des collecteurs de ba layage e. ainsi qu'un courant d'air à grande vitesse à. travers les tuyères i. autour des tuyères d'échappement k, comme il vient d'être indiqué.
A la phase de balayage. les lumières de balayage et d'admission d'air a' sont démas- quées brusquement par le piston h; l'air sur- pressé dans le collecteur de balayage P se pré cipite à la suite des gaz brflés dans le cylin dre et s'écoule en vertu de sa. force vive à travers les tuyères d'échappement k. La.
dé pression, entretenue dans le cylindre par l'é- jecteur i-1j, facilite cet écoulement de l'air de balayage: la masse d'air. traversant le cy lindre. e,#t d'autant plus grande que cette dé pression est plus élevée et mieux entretenue.
Le piston b' descend et vient obturer brusquement les lumières d'échappement a.'. Le courant d'air de balayage, lancé à travers les lumières de balayage a', continue le rem plissage du cylindre jusqu'à la, fermeture de ces lumières.
On peut obtenir de cette manière -Lui coef ficient de remplissage de la cylindrée ait moins égal à celui qui est obtenu sur les meilleurs moteurs à quatre temps non surali mentés.
Le réservoir f comporte une ou plusieurs valves (non représentés), permettant de faire varier la section transversale d'un orifice le mettant en communication avec l'atmosphère: en outre, ce réservoir f comporte une ou plu sieurs valves, permettant de faire varier la section transversale d'un conduit le mettant en communication avec le eollectpur de ba layage e. Ces valves peuvent être réunies en une seule (par exemple un robinet à plusieurs voie) ou être simplement conjuguées.
Chaque collecteur de balayage e comporte une ou plu sieurs valves, permettant de faire varier la section transversale dit conduit le faisant communiquer avec le ventilateur-pompe. Ces différentes valves servent à permettre les va riations de régime, comme il sera expliqué en détail ci-après.
Sans rien changer au volume de la cham bre de compression, on peut obtenir des con ditions différentes de marche dit moteur. sui vant la valeur de la- pression de la charge d'air. On peut obtenir:
_1) un moteur sous alimenté, c'est-à-dire dans lequel on ne con serve dans le cylindre, au moment de la fer- metire des lumières a\. au maximum que la moitié de la charge primitivement introduite dans le cylindre augmentée du contenu de l'espace de compression, comme décrit ci- dessus: B) un moteur à alimentation nor male. c'est-à-dire utilisant une charge d'air égale à la totalité de la charge d'air recrue pendant la phase de balayage et de remplis sage:
C) un moteur suralimenté, c'est-à-dire un moteur utilisant une charge d'air égale à. la totalité de la charge reçue sous une pres sion supérieure à la pression atmosphérique à partir d'un compresseur de suralimentation.
<B>A</B>) Pour le fonctionnement qui vient d'être décrit en référence: au dessin (moteur fonction nant à, sous-alimentation), le réservoir f doit être maintenu constamment à la pression at mosphérique ou à une pression très voisine de celle-ci: ce réservoir f peut déboucher à l'air libre, ou bien il peut être mis en relation per manente avec le collecteur d'air pur de ba layage e: dans ce cas. la. pression régnant dans ce réservoir est trie peu supérieure à la. pression atmosphérique.
Le collecteur de balayage e ne peut pas jouer convenablement le rôle du réservoir j', au point de vue de la détermination de la pression de la, charge dans le cylindre au mo ment de la fermeture des lumières a2. Pour les raisons suivantes: dans le collecteur de ha- lavage. il se produit (les déplacements de masses considérables d'air ainsi que des oscil- rations correspondantes;
en outre, la ferme ture des lumières de balayage s'effectue à une vitesse assez faible, parce qu'elle est comman dée par le piston vers le .début de la course de compression, au moment où le piston n'a qu'une faible vitesse.
Dans le réservoir f, le déplacement des masses d'air est moins im portant et il ne se produit que des oscillations peu notables; des écrans, tels que des toiles métalliques, sont interposés dans les conduits faisant communiquer le collecteur de ba layage e et le réservoir f dans le cas de cette disposition, de manière à neutraliser les effets dynamiques résultant des fortes oscillations se produisant dans le collecteur de balayage.
En outre, la fermeture des lumières faisant com muniquer le cylindre avec le réservoir f, s'ef fectue à une grande vitesse, le piston ayant à ce moment une vitesse élevée; les effets nui sibles du laminage sont très fortement ré duits.
Lorsque le réservoir f est mis en commu nication par une valve avec le collecteur de balayage e, ce réservoir f est à la pression sta tique du collecteur de balayage. Le réservoir f se trouve donc, par exemple, à une pression de 1 atm. absolue --f- 200 gr environ. La pres sion, existant dans le cylindre moteur au mo ment de la fermeture des lumières a2 (pression qui est égale à celle du réservoir<B>f),</B> est donc dans ce cas de 1 atm. absolue + 200 gr en viron.
Comme la charge d'air ne remplit qu'un volume égal à la moitié du volume en gendré par les pistons, augmentée du volume de l'espace de compression, il faudrait, pour qu'il y ait alimentation normale du moteur (1 atm. absolue ramenée à la cylindrée to tale), que la pression, au moment .de ferme- meture des lumières a2, c'est-à-dire la pression dans le réservoir f, soit de 2 atm. absolues, pour un rapport -de compression de 1. à 11.
Lorsque le réservoir f est relié au collec teur de balayage, il y a donc encore sous- alimentation du moteur, bien que la pression dans le cylindre, au moment de la fermeture des lumières a2 soit légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
Pour faire du ralenti dans le cas envisagé il faut d'abord couper la communication du réservoir f avec l'atmosphère et le mettre en communication avec le collecteur de balayage e, puis réduire l'alimentation du collecteur de balayage, par la manoeuvre des valses spéci fiées ci-dessus; la pression dans le réservoir f suivra automatiquement la pression dans le collecteur de balayage e.
Pour accélérer, on augmente l'alimenta tion du collecteur de balayage e, ce qui aug mente automatiquement l'alimentation du ré servoir f et par suite l'alimentation du cylin dre. Pour revenir à la puissance initiale, on interrompt la communication entre le collec teur e et le réservoir f et on remet le réservoir f graduellement en communication avec l'at mosphère.
Pour travailler en surcharge, on coupe progressivement la communication entre le réservoir f et l'atmosphère, ce qui a pour ef fet d'élever la pression dans le réservoir f.
Quel que soit le degré de charge du cylin dre, la pression à l'intérieur de celui-ci va s'équilibrer avec celle régnant dans le réser voir f, pendant l'ouverture des lumières a2, et elle sera rigoureusement égale à cette pres sion, lorsque le piston b obturera ces lumières a2. Les pistons refouleront l'excédent d'air dans le réservoir f, ou, le cas échéant, le cylin dre pourra recevoir un certain appoint d'air du réservoir,
afin d'égaliser les pressions dans le cylindre et le réservoir.
Pour un moteur construit et fonctionnant comme décrit ci-dessus, ayant un rapport de compression effective égal à 6, calculé en pre nant pour base la moitié du volume engendré par les pistons, on obtient un rapport de dé tente égal à 1 à 11.
Si l'on établit le moteur avec un rapport de compression effective égal à 11, toujours en partant du demi-volume engendré par les pistons, le rapport -de détente est de 1 à 21.
Le rapport de compression est établi sui vant la nature des combustibles employés, et le mode d'inflammation choisi pour le mo teur ou encore suivant l'utilisation qu'on se propose.
B) Pour faire fonctionner le même mo- Leur à. alimentation normale, le rF-@servoir f est complètement isolé de l'atmosphère et du col lecteur d'admission d'air pur et de balayage e pour la marche de régime.
Pour les variations de régime, on opère de la manière suivante: pour le ralenti, on met le réservoir f en communication avec le col lecteur de balayage e, par la manceuvre de la ou des valves spécifiées ci-dessus, et on réduit l'alimentation du collecteur de ba layage e.
Pour accélérer. on rétablit l'alimentation normale du collecteur de balayage e et on coupe graduellement la communication entre le collecteur e et le réservoir f. pour revenir à la marche de régime.
C'- Pour faire fonctionner le même moteur avec suralimentation, le réservoir f doit en core être complètement isolé en marche nor male de l'atmosphère et du collecteur d'ad mission d'air pur ou, de balayage e. et doit être alimenté en outre par un compresseur volumétrique, à. vitesse dans un rapport cons tant avec celle du moteur, à une pression un peu plus élevée que précédemment, de façon à augmenter, de 1#1 par exemple, la cylindrée totale d'air pur.
La pression de fin de compression ainsi réalisée peut atteindre une valeur largement suffisante pour assurer l'auto-inflammation de la charge de combustible, injectée par pul vérisation mécanique ou gazeuse à l'intérieur de la chambre de compression.
Pour les variations de régime. on opère de la manière suivante: Pour le ralenti, on coupe la communica tion entre le réservoir f et le compresseur de suralimentation; on établit la communication entre le réservoir f et le collecteur de ba layage e et on réduit l'alimentation de ce col lecteur de balayage e.
Pour accélérer et revenir à la. puissance initiale, on rétablit l'alimentation normale du collecteur de balayage e, on coupe gra duellement la communication entre le collec teur e et le réservoir f, et on rétablit graduel lement la communication entre le réservoir f et le compresseur de suralimentation.
Les consommations seront légèrement améliorées pmr rapport an deuxième cas, par .suite de l'élévation des pressions de fin de compression et de combustion. Le rapport de détente reste toujours constant et, dans l'exemple choisi. il est égal à 11, puisque rien n'a été changé ans cara.ctérisstiquew# construc tives du moteur. -Même dans ce troisième cas.
le débit limite du compresseur d'air de sur alimentation n'atteint pas la moitié de la cy lindrée totale, pa.r cycle (lu moteur.
Il est évident que l'on pourrait, pour ce dernier cas, modifier légèrement les fonds des pistons h et hl pour réduire l'espace mort. de façon à obtenir des rapports de compression et de détente égaux. comme dans le deuxième cas. mais portés à. une valeur un peu plus éle vée, afin d'obtenir au départ l'auto-allumage de la charge de combustible admise.
On pourrait égal < --ment prendre à l'origine un rapport de compression plus élevé, afin d'obtenir l'auto-inflammation de la charge au départ (moteur genre Diesel). avec seule ment la. demi-cylindrée d'air en évolution: tout cela. dépend de l'utilisation envisages du moteur.
On pourrait aussi adopter d'autres types de tiroirs de distribution: tiroirs disposés à. l'intérieur du cylindre, tiroirs concentriques doubles ou jumelés à mouvement alternatif ou rotatif. tiroirs simples ou doubles à mouve ment oscillant, on louvoyant, pai exemple.
Dans un moteur à marche très rapide à. plusieurs cylindres de construction courante. il est impossible de définir rigoureusement la densité de la charge d'air ou de mélange em magasinée dans les différents cylindres après fermeture des lumières d'admission: cette densité peut fort bien varier d'un cylindre à l'autre dans une proportion notable. C'est d'ailleurs le cas dans tous les moteurs munis d'un collecteur d'admission de grande lon gueur.
Les pressions de fin de compression sont déterminées par le degré ou coefficient de remplissage des cylindres: si les différences de remplissage entre les cylindres sont impor tantes, les pressions de fin de compression se- ront également variables et influenceront d'une manière assez importante les pressions maxima de combustion et les vitesses de com bustion, et, par conséquent, les pressions moyennes de détente; le moteur vibrera par suite des irrégularités de couple d'une mani velle à l'autre.
On remédie à cet inconvénient, dans une forme d'exécution polycylindrique du moteur selon l'invention, dans laquelle chaque cylin dre est analogue au cylindre du moteur qui vient d'être décrit, en rendant le réservoir f commun à tous les, cylindres du moteur; on égalise ainsi la pression de remplissage de la charge au moment de la fermeture des lu mières supplémentaires a2 dans les différents cylindres du moteur.
En effet, l'air contenu dans les différents cylindres au moment oii commence la com pression effective dans ceux-ci, c'est-à-dire au moment où les lumières supplémentaires a' viennent -d'être fermées par le piston b, se trouve à la même pression dans tous les cy lindres, puisque cette pression est celle du ré servoir f et que celui-ci est commun à tous les cylindres.
Dans cette forme d'exécution polycylindri- que du moteur, toutes les tuyères i des éjec- teurs sont mises en relation, de chaque côté du. groupe de cylindres, avec un collecteur commun h,
dans lequel se trouve entretenu par le ventilateur-pompe un violent courant qui circule dans le sens d'écoulement des gaz brûlés. Cette disposition facilite l'évacuation rapide et complète des gaz brûlés, et par suite le remplissage du cylindre en air pur à l'aide d'air frais fourni à très basse pression.
Two-stroke internal combustion engine with direct fuel injection into the compressed air charge. The present invention relates to a two-stroke internal combustion engine, with direct injection of the fuel into the compressed air charge.
It is characterized in that the cylinder liner comprises, in addition to air intake and exhaust ports, additional lights, controlled by the piston and by a cylindrical distribution spool, arranged concentrically to the liner. cylinder and comprising lights, which cooperate with those of the cylinder liner to establish communication between the cylinder and a reservoir, and in that these additional lights are closed by the piston, at the earliest at mid- compression stroke, and then remain closed by the slide until the start of the next compression stroke.
The accompanying drawings show, by way of example, an embodiment of the motor according to the invention.
Fig. 1 is a cross-sectional view of this motor which is an opposing pis ton motor, and FIGS. 2 to, 14 are schematic views in axial longitudinal section of the cylinder, showing the corresponding relative positions of the driving pistons and the spool during an engine cycle.
As shown in fig. 1, the cylinder liner of the engine is constituted by a long fixed sleeve a, in which the opposing pistons b and b 'move respectively, controlling the corresponding crankshafts c and c', angularly out of phase and positively connected to each other by gears (indicated schematically in dotted lines).
The piston b, provided with sealing rings b2, controls the lights a @, provided in the fixed cylindrical sleeve a, for the admission. air for the sweeping and for the load, as well as additional openings a2, also provided in this sheath, on the perimeter thereof.
The piston b1, also provided with sealing rings b2, controls the opening and closing of the exhaust ports a: ', in the sleeve a ..
A cylindrical spool d is placed centrally and fits neatly on the outer surface and downward of the fixed sleeve a, as well as in the cylinder barrel a5.
Lights of and d2. formed in the drawer d, communicate, in a timely manner, the interior of the cylinder with the sweeping manifold e, first, and then with a reservoir f, respectively.
Segments a ', placed in housings made in the fixed sleeve a, ensure the seal between the sleeve a and the drawer d above and below the slots a =.
The spool d is controlled by a connecting rod g and by an eccentric g ', mounted on the crank shaft e and offset from the. handle at a suitable angle to ensure correct distribution.
Fig. 2 represents the. relative position of the two pistons b and b 'at the end of compression, that is to say taking into account the phase shift angle of the two cranks e and c', the point of maximum approximation of the two pistons.
Fig. 3 represents the engine in full expansion. while the last segment h2 of piston b will discover the lights a2; at this time, the expanding gases, still under high pressure, cannot escape through the lights a2, which are blocked by the slide d.
Fig. 4 shows the engine still in expansion; the piston b 'will discover the exhaust ports a3. The piston b has demw @ ced the ports a2 which are still blocked by the drawer d.
Fig. 5 represents the engine in relaxation. in full exhaust phase; the lights a2 are always blocked by the drawer d; the piston b has uncovered the lights of ba layage al.
Fig. 6 represents the engine in expansion at the end of exhaust; the ports a2 are still blocked by the drawer d: the piston <I> b </I> has uncovered the scanning lights a '; the lights d 'of the <I> d </I> drawer allow communication between the inside of the cylinder and the scanning read neck e, supplied largely with pure air, at low pressure.
Fig. 7 represents the motor in the scanning phase; the a2 lights are still blocked. The piston b 'is at the end of its stroke.
Fig. 8 represents the motor in the scanning phase; this is the moment of the maximum separation of the two pistons b and b ', taking into account the phase shift angle between the two cranks c and c'.
Fig. 9 represents the motor in full sweeping phase. The a2 lights are always closed by the drawer. Piston b is at the end of its stroke.
Fig. 1 0 represents the engine when the piston b 'has just closed off the exhaust ports a3; lights a: 2 are always blocked by drawer d. The two pistons b and b 'return to the compression chamber.
Fig. l l represents the engine at the moment when the scavenging and pure air intake ports al -have been closed by the piston b.
When the upper part of the piston b a. sufficiently covered the upper edge of the lights al, so as to avoid any loss of load by these lights. spool d (which is in a downstroke and whose linear speed is approaching the maximum value) will suddenly establish. through the intermediary of the lights a2 and d2, the communication between the interior of the cylinder and the reservoir f.
On the. fig. 12, the two pistons b and b 'continue to approach each other; spool d is in downward stroke. Lights & and d \ 1 are fully open, that is to say establish full communication of the cylinder with the reservoir f.
Fig. 13 shows the engine at the precise moment when the upper edge of the piston b coincides with the upper edge of the openings a2; at. this moment.
the volume between the bottoms of the pistons b and b 'is at most equal to half of the maximum volume generated by the pistons in the cylinder, increased by the volume of the compression space, that is to say that the ports a2 are closed by piston b at the earliest halfway through the engine compression.
Fig, 14 shows the position of the drawer d at the end of its downward stroke.
It can be seen, by following the movements of the drawer d in fig. 2 to 14, that in any position, the wall of this drawer prevents any direct communication, along its slideway d3, between the reservoir f and the sweeping collector e.
The dead space of the compression chamber, shown in fig. 2, is calculated and established on the basis of the volume existing in the cylinder when the lights a2 are closed by the piston b.
For very fast engines of small displacement, it is possible to determine the point of closure of the ports a 'when the maximum volume generated by the pistons is reduced by half.
For low-speed, very high-displacement engines, the closing point of lights a2 could be moved back a little further until the maximum volume generated by the pistons would be reduced to a third of its. value. Intermediate settings between these two limits could be chosen for medium displacement engines, depending on the conditions of use chosen or the nature of the fuels used.
The additional openings a2, establishing communication between the compression chamber of the cylinder and the reservoir f, are closed by the piston b at a time when the latter has a very high linear speed; the communication is interrupted very quickly, that is to say that the effects of the mining of the load, which are very harmful, are very strongly reduced.
As the cylindrical slide d is controlled directly by the crank shaft c, a high opening speed of these additional lights a2 is also obtained at the start of the compression stroke.
The cylindrical slide d being placed outside the cylinder, it is thus protected from contact with the burnt gases and with the combustion residues and is, on the contrary, in contact with the pure purging and charging air, at low temperature. , which increases its service life.
The scavenging of the burnt gases and the normal supply of the cylinder with pure air are ensured by means of a stream of fresh air at very low pressure, supplied by a fan-pump (not shown), controlled by the motor itself, by means of a freewheel coupling device, that is to say a drive device in one direction of rotation.
This fan-pump is of the axial helical type. In normal operation, it must have a sufficient flow rate to ensure: 1 ° the complete flushing of the burnt gases, as well as the normal supply of the cylinder with pure air; 20 a rapid and continuous flow of air in the exhaust pipes.
This fan-pump is arranged so as to be able to supply -in supercharged air, by two manifolds h, converging-diverging nozzles i, as well as the two scavenging manifolds e placed on both sides and in the central part of the motor.
The evacuation of the burnt gases, after opening the exhaust ports, takes place through: convergent- divergent expansion nozzles k, which follow the: exhaust ducts connected to the ports and which are placed symmetrically each side has cylinders and diametrically opposed.
These nozzles k each open into a convergent-divergent nozzle i, larger ones. dimensions, in which a rapid air stream is sent by the fan-pump, so that the nozzles - # - k form an ejector. When the burnt gases are suddenly released when the exhaust ports are opened, the exhaust gases, passing through the nozzles k,
have the effect of creating a violent acceleration of the air flow circulating through the nozzles i, around these nozzles k, which increases the ejector effect produced by the nozzles @ -k.
The arrangement of the exhaust ports a3 and the air intake ports a @, respectively at opposite ends of the cylinder, facilitate rapid flow. equipping it to. through the cylinder.
The fuel injection device is shown at l and the spark plug at <I> ix., </I> this spark plug used for. ignite the carburized gas charge produced by injecting fuel into the compressed air charge.
The operation of the engine shown. at constant speed and power, is the fol- lowing: The fan-pump maintains the pressurized air supply to the bath manifolds e. as well as a high speed air stream at. through the nozzles i. around the exhaust nozzles k, as has just been indicated.
At the scanning phase. the scavenging and air intake ports a 'are suddenly unmasked by the piston h; the air supercharged in the purge collector P precipitates as a result of the gases burned in the cylinder and flows by virtue of its. live force through the exhaust nozzles k. The.
The pressure, maintained in the cylinder by the ejector i-1j, facilitates this flow of the purging air: the air mass. crossing the cylinder. e, # t all the greater as this de-pressure is higher and better maintained.
The piston b 'descends and abruptly closes the exhaust ports a.'. The sweeping air stream, launched through the sweeping lights a ', continues to fill the cylinder until these ports are closed.
In this way, it is possible to obtain the filling coefficient of the displacement less equal to that which is obtained on the best non-supercharged four-stroke engines.
The reservoir f comprises one or more valves (not shown), making it possible to vary the cross section of an orifice placing it in communication with the atmosphere: in addition, this reservoir f comprises one or more valves, making it possible to vary the cross section of a duct putting it in communication with the bathing eollectpur e. These valves can be combined into one (eg a multi-way valve) or simply be combined.
Each scavenging manifold e comprises one or more valves, making it possible to vary the cross section of said duct, making it communicate with the fan-pump. These different valves serve to allow variations in speed, as will be explained in detail below.
Without changing the volume of the compression chamber in any way, it is possible to obtain different engine operating conditions. according to the value of the pressure of the air charge. We can get:
_1) an underpowered engine, that is to say in which one does not keep in the cylinder, when the lights a \ are closed. at most half of the load originally introduced into the cylinder plus the content of the compression space, as described above: B) an engine with normal power. that is to say using an air charge equal to the totality of the fresh air charge during the sweeping and filling phase:
C) a supercharged engine, that is, an engine using an air charge equal to. the entire load received at a pressure greater than atmospheric pressure from a supercharger.
<B> A </B>) For the operation which has just been described with reference to: in the drawing (engine running at, underpowered), the tank f must be kept constantly at atmospheric pressure or at a pressure very similar to the latter: this reservoir f can open to the open air, or it can be placed in permanent connection with the pure air bathing collector e: in this case. the. pressure in this tank is trie little higher than the. atmospheric pressure.
The scavenging manifold e cannot adequately play the role of the reservoir j ', from the point of view of determining the pressure of the charge in the cylinder at the time when the ports a2 are closed. For the following reasons: in the ha- wash collector. it occurs (the displacements of considerable masses of air as well as the corresponding oscillations;
furthermore, the closing of the scavenging ports takes place at a relatively low speed, because it is controlled by the piston towards the start of the compression stroke, when the piston has only one low speed.
In tank f, the displacement of the air masses is less important and only slight oscillations occur; screens, such as metal screens, are interposed in the conduits communicating the bathing collector e and the tank f in the case of this arrangement, so as to neutralize the dynamic effects resulting from the strong oscillations occurring in the collector of scanning.
In addition, the closing of the openings making the cylinder communicate with the reservoir f, takes place at a high speed, the piston having at this time a high speed; the harmful effects of rolling are greatly reduced.
When the reservoir f is put into communication by a valve with the scavenging manifold e, this reservoir f is at the static pressure of the scavenging manifold. The reservoir f is therefore, for example, at a pressure of 1 atm. absolute --f- approximately 200 gr. The pressure existing in the engine cylinder when the ports a2 are closed (pressure which is equal to that of the reservoir <B> f), </B> is therefore in this case 1 atm. absolute + 200 gr approximately.
As the air charge only fills a volume equal to half the volume generated by the pistons, increased by the volume of the compression space, it would be necessary, for there to be normal power supply to the engine (1 atm . absolute reduced to the total displacement), that the pressure, at the time of closing of the ports a2, that is to say the pressure in the tank f, is 2 atm. absolute, for a compression ratio of 1. to 11.
When the reservoir f is connected to the scavenging manifold, there is therefore still underfeed to the engine, although the pressure in the cylinder, when the ports a2 are closed, is slightly higher than atmospheric pressure.
To slow down in the case considered, it is first necessary to cut the communication of the tank f with the atmosphere and put it in communication with the sweeping manifold e, then reduce the supply of the sweeping manifold, by operating the waltzes. specified above; the pressure in the tank f will automatically follow the pressure in the sweep manifold e.
To accelerate, the supply to the sweeping collector e is increased, which automatically increases the supply to the tank f and consequently the supply to the cylinder dre. To return to the initial power, the communication between the collector e and the reservoir f is interrupted and the reservoir f is gradually put back into communication with the atmosphere.
To work in overload, the communication between the reservoir f and the atmosphere is gradually cut, which has the effect of increasing the pressure in the reservoir f.
Whatever the degree of load of the cylinder dre, the pressure inside it will be balanced with that prevailing in the tank see f, during the opening of the ports a2, and it will be strictly equal to this pres sion, when the piston b closes these openings a2. The pistons will drive the excess air into the tank f, or, where applicable, the cylinder dre can receive a certain make-up of air from the tank,
to equalize the pressures in the cylinder and the reservoir.
For an engine built and operating as described above, having an effective compression ratio equal to 6, calculated by taking as a base half the volume generated by the pistons, an expansion ratio equal to 1 to 11 is obtained.
If the engine is established with an effective compression ratio equal to 11, always starting from the half-volume generated by the pistons, the expansion ratio is from 1 to 21.
The compression ratio is established according to the nature of the fuels used, and the ignition mode chosen for the engine or even according to the intended use.
B) To operate the same mode at. normal power supply, the rF- @ servoir f is completely isolated from the atmosphere and from the clean air intake and scavenging e reading neck for operating.
For variations in speed, the procedure is as follows: for idling, the reservoir f is placed in communication with the scanning reader neck e, by maneuvering the valve (s) specified above, and the pressure is reduced. supply to the wash collector e.
To accelerate. the normal power supply to the sweeping collector e is re-established and the communication between the collector e and the reservoir f is gradually cut off. to return to the diet walking.
C'- To operate the same engine with supercharging, the tank f must still be completely isolated in normal operation from the atmosphere and from the pure air intake manifold or from the purge e. and must be additionally supplied by a positive displacement compressor, to. speed in a constant ratio with that of the engine, at a pressure a little higher than previously, so as to increase, by 1 # 1 for example, the total displacement of clean air.
The end of compression pressure thus produced can reach a value which is largely sufficient to ensure the self-ignition of the fuel charge, injected by mechanical or gaseous pulverization inside the compression chamber.
For variations in diet. the procedure is as follows: For idling, the communication between the tank f and the supercharger is cut; communication is established between the reservoir f and the scanning collector e and the power supply to this scanning reader neck e is reduced.
To speed up and come back to the. initial power, the normal power supply to the scavenging manifold e is restored, the communication between the manifold e and the tank f is gradually cut off, and the communication between the tank f and the supercharger is gradually reestablished.
Consumption will be slightly improved in relation to the second case, by. Following the increase in the end of compression and combustion pressures. The expansion ratio always remains constant and, in the example chosen. it is equal to 11, since nothing has been changed during the construction of the engine. -Even in this third case.
the overfeed air compressor limit flow does not reach half of the total cylinder capacity, per cycle (motor.
It is obvious that one could, for the latter case, slightly modify the bottoms of the pistons h and hl to reduce the dead space. so as to obtain equal compression and expansion ratios. as in the second case. but brought to. a slightly higher value, in order to obtain initially self-ignition of the permitted fuel charge.
We could also take a higher compression ratio at the origin, in order to obtain auto-ignition of the load at the start (diesel engine type). with only the. evolving half-displacement air: all of this. depends on the intended use of the engine.
We could also adopt other types of distribution drawers: drawers arranged at. inside the cylinder, concentric double or twin drawers with reciprocating or rotating movement. single or double drawers with oscillating movement, one swaying, for example.
In a very fast running engine at. several cylinders of current construction. it is impossible to strictly define the density of the air charge or mixture em stored in the various cylinders after closing the intake ports: this density may very well vary from one cylinder to another in a significant proportion. This is also the case in all engines fitted with a long intake manifold.
The end-of-compression pressures are determined by the degree or coefficient of filling of the cylinders: if the differences in filling between the cylinders are significant, the end-of-compression pressures will also be variable and will have a fairly significant influence on the maximum combustion pressures and combustion rates, and therefore the average expansion pressures; the motor will vibrate as a result of torque irregularities from one handle to another.
This drawback is remedied, in a polycylindrical embodiment of the engine according to the invention, in which each cylinder dre is similar to the cylinder of the engine which has just been described, by making the reservoir f common to all the cylinders of the engine; the charge filling pressure is thus equalized when the additional lights a2 are closed in the various cylinders of the engine.
Indeed, the air contained in the various cylinders at the time when the effective compression begins in them, that is to say when the additional ports a 'have just been closed by the piston b, is found at the same pressure in all the cylinders, since this pressure is that of the tank f and this is common to all the cylinders.
In this polycylindrical embodiment of the engine, all the nozzles i of the ejectors are connected, on each side of the. group of cylinders, with a common manifold h,
in which is maintained by the fan-pump a violent current which circulates in the direction of flow of the burnt gases. This arrangement facilitates the rapid and complete evacuation of the burnt gases, and consequently the filling of the cylinder with pure air using fresh air supplied at very low pressure.