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perfectionnements aux moteurs à combustion interne .
Las moteurs à injection d'huile lourde connus jusqu'à présent peuvent être divisés d'une manière générale en deux catégories: ceux du type "Diesel", dans lesquels le combusti- ble est injecté dans une charge d'air comprimée au point que sa température soit suffisamment élevée pour provoquer l'auto- allumage de ce combustible, et ceux dits "semi-Diesel" dans lesquels la température de la charge d'air est élevée par compression pour rendre possible l'allumage du combustible au contact d'un organe porté à l'incandescence.
Dans ces deux types de moteurs connus, le combustible est injecté et pulvérisé par un brusque coup: de pompe qui le met sous pres- sion au moment de l'injection et produit lors de son intro- duction dans le cylindre une dissociation ou "cracking" de @
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ses molécules provoquant l'explosion du mélange d'huile et d'air, mais le combustible ne s'allume que si les conditions de température et de pression élevées de la charge d'air sont réalisées, Elles ne peuvent l'être que si les cylindres du moteur possédant une étanchéité parfaite permettant un taux de compression élevé, aussi n'a-t-on pu jusqu'ici appliquer en pratique l'injection d'huile lourde aux moteurs à marche rapide tels que les moteurs d'automobiles, qui perdent assez vite leur étanchétié par suite d'usure.
Or, suivant la présente invention, on a trouvé qu'il est possible d'obtenir l'allumage et la combustion des huiles lourdes dans un milieu non comprimé ou à pression relative- ment faible, en mettant le combustible sous pression avant l'injection et en maintenant sa pression constante pendant toute la durée de l'injection. En procédant de cette manière, on a constaté ce fait surprenant que la dissociation molécu- laire de l'huile à l'entrée dans le cylindre ne se produit que pour les premières gouttés de combustible injectées et que le restant du jet s'allume et brûle sans explosion, en "fusant", au fur et à mesure de son entrée dans' le cylindre où les gaz de combustion se détendent d'une façon analogue à la vapeur en produisant un fonctionnement extrêmement "souple" du moteur à toutes les allures.
Pour obtenir l'injection sous pression constante, on utilise une pompe qui refoule continuellement l'huile d'un {réservoir dans une capacité où elle comprime de l'air, un ressort ou des parois élastiques, et d'où elle est admise dans le cylindre à travers un injecteur commandé par une came ou un distributeur rotatif ou autre. L'huile injectée dans le cylindre un pair,- avant la course motrice, y est al-
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lumée par une étincelle électrique, au moyen d'une bougie d'allumage qui peut fonctionner d'une façon continue.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple différents modes de réalisation de l'invention.
Fig. 1 est une vue schématique d'une installation pour l'injection de l'huile sous pression constante.
Fig. 2 montre un injecteur à commande par came et une bougie d'allumage,, Fige 3 est une vue en coupe verticale de 1'injecteur re- présenté sur la Fig.2.
Fig. 4 montre un détail d'une forme modifiée de cet in- jecteur.
Fig. 5 représente un support double pour injecteur et bougie d'allumage susceptible d'être vissé à la place de la bougie d'un: moteur à combustion ordinaire pour le transformer en moteur à injection suivant l'invention,.'
Fig. 6 montre une variante du dispositif'd'allumage.
Figs. 7 et 8 sont des détails de la commande par came
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de l'inj eoteur) et Fig. est une vue schématique d'un injecteur commandé par un distributeur rotatif réglable.
Sur la Fig. 1, l désigne une pompe à fonctionnement continu telle qu'une pompe centrifuge.par exemple, qui aspire l'huile d'un réservoir 2 et la refoule à travers un clapet de retenue 3 dans un bélier à air 4 et dans une conduite 5 abou- tissant à l'injecteur 6. Une conduite 7 branchée sur cette conduite 5 et commandée par une soupape 26 à ressort taré laisse revenir une partie de l'huile au réservoir 2 lorsque la pression dépasse une valeur déterminée.
Grâce au bélier 4 et à la soupape de trop-plein 26, la
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pression de l'huile dans la conduite d'admission 5 peut être maintenue constante sans que l'ouverture ou la fermeture de l'injecteur 6 l'affecte sensiblement. Lorsque cet injecteur est ouvert par la came 8 au moyen du culbuteur 9, l'injection du combustible dans le cylindre 10 du moteur a donc lieu sous pression constante pendant toute la durée de l'ouverture.
L'huile pulvérisée par l'injecteur s'allume au contact de l'étincelle de la bougie d'allumage 11 et brûle sans explo- sion comme on l'a dit ci-dessus.
Pour'que l'allumage et la combustion de l'huile se pro- duisent dans ces conditions, il sufftt que la pression de l'huile soit légèrement supérieure à celle'de la charge d'air dans laquelle elle est injectée, cet air pouvant même être à la pression atmosphérique s'il est en quantité suffisante pour alimenter la combustion complète de l'huile injectée.
Toutefois, comme la capacité des cylindres de moteurs est toujours réduite, il est nécessaire en pratique de comprimer plus ou mains l'air pour pouvoir injecter la quantité de combustible suffisante pour obtenir un bon rendement du mo- teur, mais la compression que peut donner un moteur d'auto- mobile dont les cylindres sont plus ou moins usés suffit pour obtenir, avec l'injection d'huile, un rendement au moins-- égal à celui que fournirait ce même moteur fonctionnant a -l'essence. La compression n'intervient donc que pour fournir la quantité d'air nécessaire à la combustion complète de l'huile et non pour élever la température de l'air comme dans les moteurs à injection connus, aussi réchauffement des mo- teure suivant la présente invention est-il relativement très faible, ce qui facilite leur refroidissement.
L'injecteur 6 représenté en détails sur les Figs. 2 et
3 comprend un pointeau 12 qui est normalement pressé par un ressort 13 vers un orifice capillaire 14 et obture celui-ci.
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La pression de l'huile agissant sur un épaulement 46 contribue à maintenir le pointeau appliqué sur l'orifice 14.
La tige 45 du pointeau se prolonge à l'extérieur de l'injec- teur où elle est attaquée par le culbuteur 9 qui soulève le pointeau sous l'action de la came 8 ( Fige. il 7 et 8) quand celle-ci tourne. L'huile qui se trouve sous pression dans le corps de l'injecteur peut alors s'échapper par l'crifice 14 qui l'envoie dans le cylindre 10 sous forme de jet finement pulvérisé, De part et d'autre de l'orifice 14, la base de l'injecteur est percée de conduits radiaux 15 à travers les- quels de l'air conteu dans le cylindre est aspiré par le jet de combustible et se mélange à celui-ci en augmentant encore sa dispersion.
Ces conduits 15 peuvent déboucher à l'extérieur de l'injecteur tout près de l'orifice 14 (fig.3) ou bien à l'intérieur de l'injecteur, entre l'orifice 14 qui est éva,sé de haut en bas et un petit conduit 16 évasé de bas en haut (Fig.4).
Le jet de combustible ainsi mélangé d'air rencontre sur son chemin les électrodes d'allumage 17, 18 entre lesquelles jaillit une étincelle qui allume le combustible au fur et à mesure de son entrée dans le cylindre où il brûle sans explo- sion comme on l'a dit ci-dessus. L'étincelle électrique peut être continue, ce qui simplifie la construction du moteur en supprimant tout rupteur ou distributeur d'allumage, ou bien elle peut être interrorapue par tout dispositif approprié, mais dans ce dernier cas on la fera jaillir de préférence un peu ayant l'injection du combustible, de façon à ozoniser @ la charge d'air. Cette ozonisation de l'air, que l'on obtient à un plus haut degré encore avec l'étincelle continue, favo- rise l'allumage et la combustion du jet d'huile pulvérisée.
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Dans la forme de réalisation de la Fig.2, l'électrode 17 de la bougie d'allumage 11 et l'électrode 18 de la masse sont longues et recourbées de façon que leurs extrémités li- bres, entre lesquelles jaillit l'étincelle, se trouvent sur la trajectoire du jet d'huile sortant de l'injecteur 6. On peut aussi adopter la disposition représentée sur la Fig.6 où l'électrode de masse est constituée par deux fils métalli- ques 19, en nickel par exemple, disposés de part et d'autre de l'électrode de bougie 17 et convergeant de la bougie vers l'orifice d'injection, de façon que l'étincelle tende à jaillir en regard de celui-ci, ou les électrodes sont le plus rapprochées.
Quand le jet d'huile atteint l'étincelle,celle- ci peut voyager le long des électrodes pour ne pas être étouffé?, mais elle tend toujours à revenir vers le sommet de l'angle formé par les fils 19, dans la trajectoire du jet d'huile.
L'injecteur 6 et la bougie d'allumage 11 peuvent être vissés directement dans la culasse du cylindre, ou bien montés sur un bouchon 20 vissé sur la culasse comme sur la
Fig.2, ou bien encore sur un raccord à deux branches diver- gentes 21 (Fig.5) destiné à être vissé sur la culasse du cylindre dans l'orifice habituellement occupé par la bougie d'allumage seule, ce qui permet de transformer facilement et à peu de frais un moteur à explosionsordinaire en un moteur à injection d'huile suivant la présente invention.
De préférence, l'injecteur et la bougie d'allumage forment entre eux un certain angle de manière à rapprocher le plus Possible les électrodes d'allumage de l'orifice d'injection pour obtenir l'inflammation du combustible dès son entrée dans le .cylindre.
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Le règlage de l'avance et de la durée de l'injection d'huile s'obtient de préférence en rapprochant ou en écartant le culbuteur 9 de la came de commande 8. A cet effet, le culbuteur peut être-monte à rotule dans un bras de support
22 terminé par une douille filetée intérieurement qui monte ou descend le long d'une tige filetée 23 quand on fait tour- ner celle-ci au moyen du levier 24 (Figs. 7 et 8). La came 8 tourneala moitié de la vitesse du vilebrequin du moteur et il y a autant de cames que ce dernier comporte de cylindres, ceux-ci étant munis chacun d'un injecteur et d'une bougie d'allumage.
Au lieu d'injecteurs à commande par cames, on peut aussi employer un distributeur et des injecteurs à fonctionnement automatique comme c'est montré schématiquement sur la Fig.9.
Dans ce cas, la conduite d'admission d'huile 5 aboutit par exemple à un distributeur rotatif comprenant une enveloppe fixe 25 percée d'orifices 27 en nombre correspondant à ce- lui des cylindres, un anneau perforé 28 susceptible d'obtu- rer plus ou moins ces orifices 27, et une bague intérieure
29 pourvue d'une ouverture 30 et mise en rotation de toute manière appropriée. Quand cette bague 29 tourne, son ouver- ture 30 démasque successivement les orifices 27 correspondant aux divers cylindres et l'huile qui se trouve sous pression constante dans le distributeur est admise par l'une ou l'au- tre des conduites 31 dans un injecteur 32 dont chaque cylin- , dre est muni.
Le pointeau 33 de cet injecteur qui est norma- lement appliqué par un ressort taré 34 contre l'orifice d'in- jection capillaire 35, comporte un épaulement 36 sur lequel l'huile sous pression agit comme sur un piston pour soulever le .pointeau et dégager l'orifice 35. L'huile est alors in- n -----
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jectée à travers celui-ci dans la cylindre tant que l'orifice
27 correspondant du distributeur reste ouvert, et elle aspire de l'air par les petits conduits radiaux 37 comme dans le cas de l'injecteur 6 décrit ci-dessus. Dès que la bague tournante 29 obture l'orifice 27 du distributeur, la pression d'huile cesse d'agir sur l'épaulement 36 et le ressort 34 ra- mené le pointeau 33 dans la position de fermeture.
L'avance et la durée de l'injection se règlent en obturant plus ou moins les orifices 27 du distributeur au moyen de l'anneau réglable 28 que l'en peut déplacer à l'aide d'une vis sans fin 38 par exemple.
L'air nécessaire à la combustion de l'huile peut être admis dans les cylindres de toute manière convenable, par un simple clapet ou par la ou les soupapes d'admission existan- tes s'il s'agit d'un moteur ordinaire transformé. Les varia-- tions d'allure et de puissance du moteur s'obtiennent en ré- glant la durée de l'injection de l'huile de l'une ou l'autre des façons décrites ci-dessus, cette injection se faisant, en marche normale, pendant à peu près la moitié de la durée de la course motrice, mais pouvant être beaucoup plus brève quand le moteur tourne au ralenti par exemple.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux détails d'exécution décrits ci-dessus à titre d'exemple et l'on pour- rait modifier les dispositifs représentés sur les dessins sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
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improvements to internal combustion engines.
The heavy oil injection engines known hitherto can be broadly divided into two categories: those of the "Diesel" type, in which the fuel is injected into a charge of compressed air to the point that its temperature is high enough to cause the self-ignition of this fuel, and those known as "semi-diesel" in which the temperature of the air charge is raised by compression to make possible the ignition of the fuel in contact with it. an organ brought to incandescence.
In these two types of known engines, the fuel is injected and pulverized by a sudden blow of the pump which puts it under pressure at the time of injection and produces, when it is introduced into the cylinder, a dissociation or "cracking". "from @
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its molecules causing the explosion of the oil and air mixture, but the fuel ignites only if the conditions of high temperature and pressure of the air charge are met, They can only be if the cylinders of the engine having a perfect seal allowing a high compression ratio, so it has not been possible until now to apply in practice the injection of heavy oil to fast running engines such as automobile engines, which quickly lose their seal due to wear.
Now, according to the present invention, it has been found that it is possible to obtain the ignition and combustion of heavy oils in an uncompressed medium or at relatively low pressure, by putting the fuel under pressure before injection. and maintaining its pressure constant throughout the duration of the injection. Proceeding in this way, it has been observed that the molecular dissociation of the oil at the entry into the cylinder occurs only for the first drops of fuel injected and that the remainder of the jet ignites and burns without explosion, "bursting" as it enters the cylinder where the combustion gases expand in a vapor-like fashion producing extremely "smooth" engine operation at all speeds .
To obtain injection under constant pressure, a pump is used which continuously delivers oil from a reservoir to a capacity where it compresses air, a spring or elastic walls, and from which it is admitted into the tank. the cylinder through an injector controlled by a cam or a rotary distributor or the like. The oil injected into the unpaired cylinder, - before the driving stroke, is al-
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lit by an electric spark, by means of a spark plug which can operate continuously.
The appended drawing represents by way of example various embodiments of the invention.
Fig. 1 is a schematic view of an installation for injecting oil under constant pressure.
Fig. 2 shows a cam operated injector and spark plug Fig. 3 is a vertical sectional view of the injector shown in Fig. 2.
Fig. 4 shows a detail of a modified form of this injector.
Fig. 5 shows a double support for an injector and spark plug capable of being screwed in place of the spark plug of a: ordinary combustion engine to transform it into an injection engine according to the invention ,. '
Fig. 6 shows a variant of the ignition device.
Figs. 7 and 8 are details of the cam drive
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injector) and Fig. is a schematic view of an injector controlled by an adjustable rotary distributor.
In Fig. 1, l denotes a continuously operating pump such as a centrifugal pump, for example, which sucks oil from a tank 2 and delivers it through a check valve 3 into an air ram 4 and into a line 5 terminating at the injector 6. A pipe 7 connected to this pipe 5 and controlled by a calibrated spring valve 26 allows part of the oil to return to the reservoir 2 when the pressure exceeds a determined value.
Thanks to the ram 4 and the overflow valve 26, the
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The pressure of the oil in the intake line 5 can be kept constant without the opening or closing of the injector 6 noticeably affecting it. When this injector is opened by the cam 8 by means of the rocker arm 9, the injection of fuel into the cylinder 10 of the engine therefore takes place under constant pressure throughout the duration of the opening.
The oil sprayed by the injector ignites on contact with the spark from the spark plug 11 and burns without explosion as described above.
In order for the ignition and combustion of the oil to take place under these conditions, it is sufficient that the pressure of the oil is slightly higher than that of the charge of air into which it is injected, this air which can even be at atmospheric pressure if it is in sufficient quantity to supply the complete combustion of the injected oil.
However, as the capacity of the cylinders of engines is always reduced, it is necessary in practice to compress more or less the air in order to be able to inject the quantity of fuel sufficient to obtain a good efficiency of the engine, but the compression that can give. an automobile engine whose cylinders are more or less worn is sufficient to obtain, with the injection of oil, an efficiency at least equal to that which would be provided by this same engine running on gasoline. The compression therefore only intervenes to supply the quantity of air necessary for the complete combustion of the oil and not to raise the temperature of the air as in known injection engines, also heating of the engines according to this present invention. invention is relatively very weak, which facilitates their cooling.
The injector 6 shown in detail in Figs. 2 and
3 comprises a needle 12 which is normally pressed by a spring 13 towards a capillary orifice 14 and closes the latter.
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The pressure of the oil acting on a shoulder 46 contributes to maintaining the needle applied to the orifice 14.
The needle rod 45 extends outside the injector where it is attacked by the rocker arm 9 which raises the needle under the action of the cam 8 (Freeze 7 and 8) when the latter turns. . The oil which is under pressure in the body of the injector can then escape through the opening 14 which sends it into the cylinder 10 in the form of a finely sprayed jet, on either side of the orifice 14, the base of the injector is pierced with radial ducts 15 through which air contained in the cylinder is drawn in by the jet of fuel and mixes with it, further increasing its dispersion.
These conduits 15 can open outside the injector very close to the orifice 14 (fig. 3) or else inside the injector, between the orifice 14 which is flared from top to bottom. and a small duct 16 flared from bottom to top (Fig.4).
The jet of fuel thus mixed with air encounters on its way the ignition electrodes 17, 18 between which a spark emerges which ignites the fuel as it enters the cylinder where it burns without explo- sion as on. said it above. The electric spark can be continuous, which simplifies the construction of the engine by eliminating any switch or ignition distributor, or it can be interrupted by any suitable device, but in the latter case it will be made to spring preferably a little having fuel injection, so as to ozonize @ the air charge. This ozonization of the air, which is obtained to an even greater degree with the continuous spark, promotes the ignition and combustion of the atomized oil jet.
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In the embodiment of Fig. 2, the electrode 17 of the spark plug 11 and the electrode 18 of the mass are long and curved so that their free ends, between which the spark springs, are in the path of the oil jet leaving the injector 6. It is also possible to adopt the arrangement shown in FIG. 6 where the ground electrode consists of two metal wires 19, made of nickel for example, arranged on either side of the spark plug electrode 17 and converging from the spark plug towards the injection orifice, so that the spark tends to shoot out opposite it, where the electrodes are closest .
When the oil jet reaches the spark, the latter can travel along the electrodes so as not to be smothered ?, but it always tends to return towards the apex of the angle formed by the wires 19, in the path of the oil jet.
The injector 6 and the spark plug 11 can be screwed directly into the cylinder head, or else mounted on a plug 20 screwed on the cylinder head as on the
Fig. 2, or even on a connector with two divergent branches 21 (Fig. 5) intended to be screwed onto the cylinder head in the orifice usually occupied by the spark plug alone, which makes it possible to transform easily and inexpensively an ordinary explosion engine into an oil injection engine according to the present invention.
Preferably, the injector and the spark plug form a certain angle between them so as to bring the ignition electrodes as close as possible to the injection orifice in order to ignite the fuel as soon as it enters the. cylinder.
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The adjustment of the advance and the duration of the oil injection is obtained preferably by bringing the rocker arm 9 closer to or away from the control cam 8. For this purpose, the rocker arm can be mounted with a ball joint in a support arm
22 terminated by an internally threaded sleeve which rises or falls along a threaded rod 23 when the latter is rotated by means of the lever 24 (Figs. 7 and 8). Cam 8 rotates at half the speed of the crankshaft of the engine and there are as many cams as the latter has cylinders, the latter each being provided with an injector and a spark plug.
Instead of cam-operated injectors, it is also possible to employ an automatic distributor and injectors as shown schematically in Fig. 9.
In this case, the oil inlet pipe 5 leads, for example, to a rotary distributor comprising a fixed casing 25 pierced with orifices 27 in number corresponding to that of the cylinders, a perforated ring 28 capable of blocking more or less these orifices 27, and an inner ring
29 provided with an opening 30 and rotated in any suitable manner. When this ring 29 rotates, its opening 30 successively unmasks the orifices 27 corresponding to the various cylinders and the oil which is under constant pressure in the distributor is admitted through one or the other of the pipes 31 into a injector 32 with which each cylin-, dre is provided.
The needle 33 of this injector which is normally applied by a calibrated spring 34 against the capillary injection orifice 35, comprises a shoulder 36 on which the pressurized oil acts as a piston to lift the needle. and disengage orifice 35. The oil is then in- n -----
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thrown through this into the cylinder as long as the orifice
27 corresponding to the distributor remains open, and it sucks air through the small radial ducts 37 as in the case of the injector 6 described above. As soon as the rotating ring 29 closes the orifice 27 of the distributor, the oil pressure ceases to act on the shoulder 36 and the spring 34 returns the needle 33 to the closed position.
The advance and the duration of the injection are adjusted by closing more or less the orifices 27 of the distributor by means of the adjustable ring 28 which can be moved by using a worm 38 for example.
The air necessary for the combustion of the oil can be admitted into the cylinders in any suitable manner, by a simple valve or by the existing intake valve (s) in the case of an ordinary converted engine. . The variations in engine speed and power are obtained by adjusting the duration of the oil injection in one of the ways described above, this injection being done, in normal operation, for about half the duration of the driving race, but can be much shorter when the engine is idling for example.
Of course, the invention is not limited to the details of execution described above by way of example and it is possible to modify the devices shown in the drawings without departing from its scope.
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