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Un moteur à combustion interne fonctionnant plus généralement au moyen de combustibles solides pulvérisés.
La présente invention s'applique plus spéoialement aux mo- teurs de conception générale classique, c'est-à-dire comportant un ou plusieurs cylindres avec pistons et bielles animés de mou- vements alternatifs eto, et concerne des dispositions et perfea- tionnernents ayant pour but de soustraire les surfaces frottantes aux effets dûs à l'érosion et résultant d'un emploi de ce oombus- tible. elle concerne également de nouvelles méthodes ou de nou- veaux dispositifs se rapportant à sa mise en oeuvre.
Les dessins annexés à la présente description représentent : Fig. 1 Une coupe longitudinale de la partie supérieure d'un mo- teur monocylindrique, supposé vertical, et montrant la disposi- tion adoptée pour soustraire les surfaces frottantes du contact du, combustible solide pulvérisé.
Fig. 2 représente une soupape spécialement conçue pour être utilisée sur un moteur à combustible pulvérisant.
Fig. 3 représente un dispositif assurant à la fois l'admis- sion d'air frais et l'évacuation des gaz brûlés et des résidus.
Fig. 4, Une coupe schématique verticele d'une portion de la partie supérieure du même moteur.
Fig. 5, représente une soupape spéciale d'admission du com- bustible pulvérulant .
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Pour éviter que les particules solides et les résidus de la combustion ne détériorent les surfaces frottontes, celles-ci sont autant que possible mises à l'abri de leur contact ainsi qu'il est facile de s'en rendre compte par l'examen de la Fig. 1 dans laquelle A désigne le piston animé d'un mouvement alternatif dans le cylindre B. Le dit piston est surmonté ou prolongé par une chemise, cylindre ou. fourreau à parois minces C, solidaire du piston et d'un diamètre très légèrement inférieur à celui-ci..
A chaque course ascendante du piston, le fourreau, pénètre dans un logement circulaire C ménagé entre la culasse D et la pa- toi interne du cylindre B de telle sorte qu'à fin de course as- cendante, lè bord supérieur du fourreau, vient presque en contact avec le fond du logement.
Un jeu. ou espace libre de quelques millimètres existe, le fourreau, étant dans le dit logement, entre la paroi du dylindre B et le fourreau d'une part et entre celui-ci et la paroi cylinr drique interne de la culasse d'autre part. L'épaisseur du four- reau peut varier, mais doit être en fsit aussi faible que possi- ble, pour diminuer l'encombrement et assurer un meilleur. refroi- dissement de cette pièce. Son épaisseur est de l'ordre (l'une di- zaine de millimètres pour un moteur de puissance moyenne. Le pis- ton est pourvu en outre et le plus généralement de deux groupes de segments @ ou au moins d'un groupe de segments supérieurs d'é- tanchéité E. La hauteur du fourreau peut varier notablement par rapport aux dimensions du piston.
Elle est en général sensiblement égal à celle de la course du dit piston;H figure la chambre de com- bustion du moteur; F la soupape d'échappement ou à la fois d'admis- sion et d'échappement suivant une disposition dont il sera parlé plus loin ; G figure l'entrée ou les entrées du fluide de balayage, découverts sensiblement à fin de course descendante du piston.
Il est facile de se rendre compte, que par cette disposition, les produits pulvérulents et résidus de combustion restent en gran- de partie dans la chambre H et qu'une faible quantité de ces pro- duits en suspension dans les gaz cherchent à contourner le fourreau.
Ils sont arrêtés par les gaz inertes et restes du fluide de balaya-
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ge précédent qu'ils refoulent dans une certaine mesure devant eux, mais ils ne peuvent cependant atteindre les segments et les surfa- ces frottantes du cylindre. Au moment où les orifices de balayage s'ouvrent, les gaz brûlés et les résidus sont chassés par le flui- de de balayage qui contourne le fourreau et ils sont finalement évacués par la soupape F pu tout autre dispositif d'évacuation.
Le moteur considéré peut fonctionner suivant les cycles à deux ou à quatre temps bien connus. Toutefois en vue d'assurer une alimentation et une évacuation parfaites,spécialement en vue de l'utilisation des combustibles solides pulvérisés, on préconise ici l'application d'un cycle à quatre temps comportant un double balayage entre deux temps moteur, savoir : Premier temps : Course motrice, le piston descend, 2ème temps : Balayage et évacuation des gaz et des résidus.
Sème temps : Nouvelle course descendante, introduction d'air frais par dépression, 4ème temps : Second Ba- layage partiel et compression d'air frais : l'admission et la mise en oeuvre du combustible étant décrit plus loin.- Quelque soit le cycle adopté, on assure la distribution du moteur au moyen de sou- papes ou autres dispositifias équivalents connus mais on préconise ici tout spécialement en vue de l'utilisation du combustible con- sidéré, l'emploi de la soupape unique représentée schématiquement en F, Fig, 1 et en coupe et en détail, Fig. 2 : la portée I de la
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soupape (fig. 2 ) : est protégée du ààÉ# direct de la veine gazeu.- se par la couronne amovible J fixée à la périphérie de la soupape et aisément remplaçable.
Le siège pareillement démontable est fi- guré en K et est également protégé par sa forme particulière et le rebord circulaire X.' Un évidement circulaire L permet, au moment de la fermeture de la soupape² de loger la couronne de protection J. Le profit de ces pièces peut bien entendu être modifié dans une certaine mesure, la disposition générale restant la même.
La fig. 3 représente une vue en coupe d'un dispositif composé d'une soupape de forme classique avec l'orifice à deux directions M et N lesquel- les sont sous la dépendance du volet 0 : soupape et volet étant commandées par tout moyen mécanique connu en liaison avec le moteur, Cette disposition telle que représentée Fig. 3 permet d'alimenter
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le moteur en air frais arrivant par exemple par @ : la même sou- pape permet également d'évacuer les gaz brûlés par le. conduite N en manoeuvrant le volet 0. La dite disposition s'applique tout particulièrement au moteur considéré à combustible "pulvérulent" et fonctionnant suivant le cycle à quatre temps décrit plus haut.
Enfin cet organe comporte dans le cas présent, l'emploi de la soupape protégée Fig. 2 spécialement conçue en vue de l'évacuation de gaz brûlés contenant des particules solides.
Un autre avanta.ge de cette disposition résulte du. fait qu'une seule soupape étant suffisante pour assurer la distribution, celle ci peut être de grand diamètre; de plus, elle est seule sujette à l'usure tandis que le volet 0, organa en quelque sorte extérieur peut être robuste, facilement accessible, et n'a pas besoin d'être parfaitement étanche au cours du fonctionnement; ajoutons qu'il n'est pas soumis à de très ferles pressions, et qu'enfin tout cet ensemble est alternativement en contact avec un fluide froid et chaud, d'où. refoidissement plus facile et durée plus grande.
L'allumage ou inflammation du combustible peut s'effectuer par tout moyen connu, mais il est réalisé, plus simplement dans le cas présent, par le seul effet de la pression joint à celui de la température régnant dans la chambre du moteur. L'inflammation peut être réalisée en outre ou facilitée par d'autres dispositifs particuliers dont il sera parlé maintenant ainsi que de ceux ayant trait à l'admission et à la mise en oeuvre du combustible dans le moteur considéré.
Le combustible solide pulvérulent utilisé plus généralement ici à titre d'agent moteur principal et d'abord réduit en poudre à la finesse convenable. Il est amené ensuite à procimité des or- ganes d'admission, puis préférablement dosé. Le dosage de la quan- tité de poudre combustible nécessaire à chaque impulsion motrice se fait avantageusement au moyen d'un organe distributeur rotatif comportant des alvéoles de capacité variable ou non, lesquelles, préalablement remplies, se présentent successivement devant l'en- trée du canal conduisant au moteur.- L'admission du combustible pourrait s'effectuer comme il a été déjà proposé, au moyen d'une charge d'air comprimé, ou par simple dépression, soit directement
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dans la chambre du moteur,
soit dans une antichambre, ou cavité quelconque communiquant avec celle-ci. - Cependant pour augmenter la souplesse et la marche et assurer un meilleur allumage et meilleure combustion du pulvérisé, et en conséquence un rendement général plus élevé, on préconise généralement, dans le moteur en question l'emploi de deux antichambres, ou éventuellement d'un nombre plus grand d'antichambres ou cavités attenantes à la, cham- bre du moteur proprement dite et dans lesquelles s'effectuent le réchauffage l'inflammation ainsi que la combustion partielle du pulvérisé, et dens lesquelles celui-ci pénètre successivement avant de passer dans la chambre de combustion du moteur M; fig. 1.
Cette disposition permet au combustible de séjourner plus long- temps dans des enceintes très chaudes et lui donne le temps de s'enflammer et le brûler ensuite complètement. Avec ces disposi- tions de deux antichambres, on peut introduire d'abord le pulvéri- sé dans la. première chambre par dépression, ou encore par injec- tion de fluide gazeux comprimé, l'aspiration du pulvérisé étant produite dans le ler cas de la façon la plus simple par le mouve- ment descendant du piston dans le cylindre (Cycle à quatre temps) De la première antichambre le combustible est transféré dans la seconde antichambre et de celle-ci dans la chambre du moteur par simple dilatation naturelle, commencement de combustion et produc- tion de gaz résultant du séjour du combustible dans des cavités chaudes, et sous pression plus ou moins grande.
Le réglage de la quantité de combustible à admettre s'opère par variation de la capacité des alvéoles distributrices ou par variation de la quan- tité de fluide gazeux admis ou par tout autre moyen.
Dans le présente demende de brevet, on revendique tout spé- cialement l'utilisation comme fluide gazeux d'un gaz combustible tel que le gaz d'éclairage ordinaire, l'hydrogène, le gaz de fours, etc. et tout produit gazeux combustible dont l'usage, dans le cas considéré, et avec les particularités essentielles décrites plus loin, provoque ou facilite en outre l'inflammation et la com- bustion du pulvérisé et présente d'autres avantages qui seront in-
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diqués et expliqués ci-après. On peut suivent la présente inven- tion, en utilisant un gaz combustible, faire fonctionner un mo- teur pourvu d'une seule antichambre ou cavité communiquent avec la chambre du moteur.
Dans ce cas, on introduit le combustible pulvérulent par le moyen d'un de ces ga.z sous pressions, ou. enco- re on introduit le pulvérisé mélangé ou en suspension dans ce gaz par simple aspiration du. mélange :le dit gaz pouvant de plus servir à conduire le pulvérisé ou à faciliter son transport de- puis le réservoir ou l'appareil de broyage jusqu'au moteur. Si de moteur est pourvu de deux antichambres d'allumage, suivant une disposition dont il est parlé plus haut, le combustible pulvéru- lent peut être introduit dans la première antichambre comme ci- dessus par injection de gaz combustible comprimé, ou encore par dépression et admission d'un mélange poudre et gaz combustibles.
Le passage de la première à la seconde antichambre et de celle-ci dans la. chambre du moteur est assurée par dilatation naturelle et commencement de combustion du mélange dans des enceintes chaudes.
En outre, ont peut, dans certains cas, amorcer d'une façon précise, particulièrement dans la première fntichambre, la combus- tion du mélange au moyen d'une étincelle électrique par exemple, ce qui donne une grande facilité de réglage...!,? plupart des gaz combustibles ne peuvent s'enflammer que mis en contact et mélan- gés aveo une certaine proportion d'air. Ce résultat est atteint ici soit par admission d'air en proportion convenable en un point quelconque du circuit assigné à l'un de ces gez, soit par ad- mission d'air, spéciale dans l'une ou l'autre antichambre, ou dans l'antichambre unique si le moteur n'en comporte qu'une, soit plus naturellement et sans artifice au moment où le méirnge pou- dre et gaz rencontre l'air frais comprimé dons la chambre du mo- teur ou venant de cette chambre.
En d'autres termes on utiliser suivant la présente invention, un gaz combustible comme agent d'accompagnement, de transport ou d'injection d'un combustible. pulvérulent.considéré comme agent moteur principal. Une variante consiste encore comme il vient d'être dit {-certains gaz combus- tibles n'étant inflammables dans une enceinte privée d'air qu'avec
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le concours d'u n fluide comburant tel que de l'air) à modifier d'autres façons son emploi en mélangeant l'air avec le gaz en proportion convenable avec toute mise en oeuvre, ou dans l'appa- reil d'injection, ou dans une antichambre par injection indépen- dante d'air, ce fluide pouvant être admis en une ou.
plusieurs fois, Cette utilisation d'un gaz combustible telle qu'elle vient d'être définie s'applique comme il vient d'être dit aux moteurs pourvus d'une ou plusieurs antichambres.
A titre d'exemple la fig. 4 représente une coupe schématique verticale d'une portion de la, partie supérieure d'un moteur suppo- sé à quatre temps avec les 2 antichambres dont il vient d'être par lé. Dans ces conditions le fonctionnement peut être le suivant : Le combustible pulvérulent arrive en 1, par dépression dans la pre-
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mière chambre en suspension dans une quantité de gaz combustible.
La température y étant relativement basse on peut amorcer d'une façon précise la combustion du mélange au moyen d'une étincelle électrique se produisant en 3. A oe moment ou. immédiate- ment avant cet allumage, le mélange est constitué par la totalité de la charge de pulvérulent nécessaire à une impulsion motrice, une petite quantité d'air et gaz résiduels se trouant dans l'anticham- bre et le gaz combustible admis avec le pulvérisé.
Dans ces oondi- tions, la combustion quoique assez lente est cependant suffisante pour que le mélange pénètre par dilatation et production de gaz dans la seconde antichambre 4 ou par suite de la présence et de l'afflux d'air frais de compression, la combustion devient plus vive et le combustible est projeté dans la chambre du moteur H, Dans ces mêmes conditions on peut enoore aocélérer la combustion par une injection d'un supplément d'air par l'orifice 5 ou encore par 6 dans la première antichambre.
La forme et les dimensions des antichambres et sections de pas; sage des conduits affectés au gaz à la poudre et à l'air varient suivant les cas. D'autre part les soupapes et mécanismes d'opture- tions eto, sont commandés par tout moyen mécanique connu en liai- son avec le moteur.
Dans la fig. 2 il a été représenté une soupape dite protégée
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servant à optarer la conduite commune d'admission et d'échappement La fig. 5 représente une coupe d'une soupape pareillement proté- gée destinée à commander l'admission du combustible pulvérulent.
La disposition adaptée est la suivante t 7 figure la. soupape pro- prement dite obturant le conduit d'arrivée de le poudre 8; 9 fi- gure la portée de la soupape; 10 son siège, 11 un boisseau ou lanterne solidaire de la. soupape 7 et pourvu 1.'une rangée de la- mières 12. Lorsque la soupape est ouverte, comme représenté sur la figure, le combustible venant de la conduite 8 passe par cette sé- rie de lumières ou petits orifices et pénètre dans l'antichambre tout en évitant d'entrer en contact avec la portée de la soupape et son siège. Bien entendu, les dimensions, la position, l'incli- naison de ces lumières, ainsi que l'angle ou la largeur des por- tées de la soupape peuvent varier sans sortir du cadre de l'inven- tion.
Ces utilisations de produits gazeux combustibles concourrent au fonctionnement de moteurs à combustion interne dont l'agent moteur principal est un combustible pulvérulent est une des ca- ractéristiques de la présente invention telles que ces utilisa- tions viennent d'être définiees, mais ne se limite pas aux. seuls moteurs pourvus de pistons animés de mouvements alternatifs de forme classique. Ils peuvent être employés eux mêmes titres, surtout types de moteurs à combustible pulvérulent.