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MOTEUR A EDILE LOURDE A GRANDE VITESSE
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La présente invention concerne les moteurs à huile lourde, aussi bien à deux que ceux à quatre temps et.permet, par l'amélioration de la combustion, d'atteindre avec un bon rendement un régime de vitesse élevé, tout en gardant un degré de compression modéré.
L'objet du brevet réside dans la conception particulière d' ;Une chambre, de combustion donnant le moyen. de coordonner la loi d'injection du combustible avec celle de la variation de la pression, de la température et de la vitesse de la turbulence (qui se produit automatiquement dans cette chambre pendant une partie de la course de compression) de façon à obtenir une combustion rationnelle, progressive, rapide et aussi complète que possible de la charge introduite.
Cette chambre de combustion (dont la forme est décrite en détail plus loin), se compose de deux compartiments séparés (fig. I) pontant chacun un dispositif d'injection de combustible (i et j, fig. I)
L'injection de combustible commence dans un des deux compartiments avec une grande avance par rapport au point mort haut, et se fait sous pression effective croissante a faible débit, de sorte qu'au moment de,l'inflammation la quantité de combustible qui se trouve dans ce compartiment n'est pas assez grande pour provoquer une augmentation brusque de la pression sous forme d'explosion.
La turbulence spiriforme accélérée (dont la mécanisme sera décrit plus loin) contribue beaucoup à réduire le, temps qui s'écoule entre le commencement de l'injection et le moment d'inflammation.
Après l'apparition de la flamme, le combustible, continuant à arriver par l'injecteur à débit croissant, brûle au fur et à mesure de son introduction, dans ce compartiment de la chambre, on élevant progressivement la pression et la température dans l'enceinte.
Pendant la combustion dans le premier compartiment, une
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petite quantité des gaz brûlés passe de ce compartiment dans le deuxième compartiment de la chambre.
A proximité du point mort haut, commence ensuite l'injection dans le deuxième compartiment de la chambre. L'injecteur de. ce compartiment possède un orifice de passage du combustible plus grand que celui du premier compartiment et l'injection s'y fait sous pression effective et à débit plus grands qu'elle ne se fait dans le premier compartiment.
Cette dernière injection est courte et s'effectue dans des conditions extrêmement favorable à une combustion rapide et complète, telles que: 1) la haute pression et la température élevée obtenues par la combussion antécédente dans le premier compartiment de la chambre, 2) la concentration de l'oxygène conservée grâce à la séparation existant entre les deux compartiments de la chambre, et 3) l'efficacité de la turbulence (qui se trouve au moment de la deuxième injection près de son maximum de vitesse) assurant un mélange rapide d'air et de combustible, finement pulvérisés, et portant presqu'instan- tanément ce combustible au point d'inflammation.
Etant donné que l'injeption et la combustion dans le premier compartiment de la chambre se prolongent au-delà du commencement de l'injections dans le deuxième compartiment, il s'ensuit que la combus- tion ne subit pas de discontinuité. La première injection relativement longue à faible débit et à grande avance (permettant d'obtenir une pression suffisante au point mort haut tout en utilisant un degré de compression modéré) accompagnée ensuite d'une courte injection à fort débit donne lieu à un cycle mixte intermédiaire entre le cycle de Beau de Rochas et celui de Diesel pur, cycle rès favorable au point de vue du rendement théorique.
La turbulence méthodique dont le rôle et l'importance sont bien connus, s'obtient automatiquement et simultanément dans les deux compartiments de la chambre à la fin de la course de compression grâce à la position de la cham bre de combustion dans le fond de la culasse, cette chambre étant excentrée par rapport à l'axe du cylindre. a
Dans ce moyen de produire la turbulence, la vitesse du courant d'air créant la turbulence n'est pas seulement fonction de la vitesse du piston, mais également de la position du piston, qui détermine à
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chaque instant la densité du fluide gazeux contenu dans la chambre et la valeur de la seotion du communication (entre les cylindres de la chambre) projetée sur un plan normal à la direction de la vitesse résultant du courant.
Ainsi, comme on peut le démontrer, la plus grande vitesse du courant ne se produit pas en même temps que la plus grande vitesse du piston, mais bien à proximité du point mort haut, et la valeur de cette vitesse est d'autant plus grande que le degré de compression est plus petit (la fig. 2 montre schématiquement le mécanisme de la turbulence).
Pour que la turbulence produite se maintienne et ne devienne pas désordonnée, elle est guidée par l'orientation et la forme de la chambre de combustion.
La chambre de combustion à deux compartiments,qùi se trouve-' dans le fond de la culasse,en dehors de l'axe du cylindre,et qui débouche dans le fond du cylindre,près de sa périphérie,est disposée symétriquement par rapport à un plan diamétral du cylindre.
Chacun des compartiments de la chambre est composé d'un angle dièdre limité par une volute spiriforme dont la largeur et le rayon de courbure vont en décroissant à partir du côté de la chambre adjacent à la périphérie du cylindre.
La forme d'un compartiment est représentée à titre indicatif et non limitatif sur la fig. n 2, et fait l'objet d'une revendication.
Dans la chambre de combustion à deux compartiments les plans de symétrie de chacun des compartiments disposés d'une façon appropriée peuvent être inclinés en sens opposé à un angle différent de 90 par rapport au fond du cylindre, de façon à obtenir un brassage et une interférence des zones riches en air avec celles qui sont riches en combustible des gaz sortant des deux compartiments de la chambre de combustion.
Sur les croquis, nous avons désigné la culasse par la lettre c, les fourreaux de cylindres par la lettre f, les pistons par p, l'espace de la chambre de combustion par h, les soupapes par s et les deux dispositifs d'injection par i et 1. La fig. I montre une chambre de combustion dont les compartiments ont leur plan de symétrie incliné par rapport au fond du cylindre. La fig. 4 montre schématiquement quelques
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exemples de chambre de combustion à deux et un compartiment, ayant leur plan de symétrie perpendiculaire au fond du cylindre.
La chambre de combustion décrite peut être appliquée à un moteur à deux temps, et, dans ce cas, la chambre peut être complètement dépourvue de soupapes ou pourvue seulement de soupapes d'échappement.
Dans le cas de moteur à 4 temps à grande vitesse, on peut placer deux soupapes d'échappement dans les parois de la chambre de combustion, et deux soupapes d'aspiration dans le fond de la culasse. L'air aspiré sera ainsi moins échauffé et le remplissage du cylindre sera meilleur.
Dans le moteur à échappement à l'air libre, on peut se contenter de deux soupapes dans la chambre de combustion fonctionnent simultanément et servant successivement pour l'échappement et l'aspiration.
Pour éviter la réaspiration des gaz brûlés, on peut faire changer successivement les rôles dans le fonctionnement des soupapes. Par exemple après l'échappement qui se fait d'abord par des soupapes 1 et 2, l'aspiration se fait ensuite par les soupapes 3 et 4; l'échappement suivant se fait par les soupapes 3 et 4, et l'aspiration qui suit par les soupapes 1 et 2, et ainsi de suite. Ce mode de fonctionnement des soupapes présente en outre cet avantage que les soupapes chauffées par les gaz d'échappement sont refroidies par l'air d'aspiration, ce qui diminue notablement leur fatigue thermique.
Ce fonctionnement de soupapes est facilement réalisable par une came portant deux bossages et tournant deux fois moins vite qu'une came destinée à une commande habituelle de soupapes. Pour un moteur en ligne par exemple, il faut que les cames de commande des soupapes tournent quatre fois moins vite que l'arbre du moteur.
La fig. 3 montre la disposition des bossages des cames de comman- de des soupapes d'un cylindre pour le cas d'un moteur en ligne.
Comme variante d'un moteur à 4 temps à échappement à l'air libre, surtout pour les petites cylindrées, on peut indiquer un moteur dont les deux soupapes de la chambre de combustion fonctionneraient (comme il vient d'être décrit) alternativement à l'aspiration et à l'échappe- ment, et dont la troisième soupape dans le fond de la culasse servirait uniquement à l'aspiration. Aux avantages du fonctionnement alternatif des soupapes, s'ajoute ici l'avantage d'une soupape supplémentaire
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d'aspiration éloignée de l'endroit chaud (qui est la chambre de combus- tion) et contribuant à un bon remplissage du cylindre. (Section plus grande pour l'aspiration et échauffement' moindre d'air aspiré).
La chambre de combustion décrite peut être appliquée aussi bien pour les moteurs industriels que pour les moteurs d'aviation; elle se prête aussi bien au refroidissement par eau qu'à un refroidissement par air .
REVENDICATIONS S
I) Dans un moteur à huile lourde, en vue d'une formation rapide d'un bon mélange d'air et de combustible, aménagement d'une chambre de combustion dans le fond de la culasse, donnant lieu automatiquement à la fin de la course de compression, à une turbulence spiriforme accélé- rée de l'air refoulé par le piston, grâce à la position excentrée de cette chambre par rapport à l'axe du cylindre, grâce à son orientation symétrique par rapport à un plan diamétral du cylindre, et grâce à sa forme constituée par un angle dièdre limité par une volute dont la largeur et le rayon de courbure vont en décroissant à partir du côté de la chambre adjacent à la périphérie du cylindre.
Il) Chambre de combustion comme décrit à I, avec un dispositif d'injection débouchant dans la volute de la chambre et une ou deux soupapes disposées dans les parois planes de la chambre formant entre elles l'angle dièdre.
III) Chambre de combustion à deux compartiments séparés ayant chacun la forme de la chambre décrite en I, les plans de symétrie de ces compartiments étant inclinés (ou non) en sens opposé et à un angle différent de 90 par rapport au fond du cylindre en vué d'obtenir un meilleur rendement par le brassage et l'interférence des zônes riches en air et combustible des gaz sortant des deux compartiments de la chambre de combustion.
IV) Chambre due combustion comme décrite en III, chacun de ses deux compartiments portant un injecteur de combustible, et ces deux dispositifs d'inj..etion fonctionnant à différentes avances à l'injection et différentes pressions d'injection conformément aux meilleursscondi- tions de réalisation d'une combustion rapide et complète.
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HIGH SPEED HEAVY EDILE MOTOR
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The present invention relates to heavy oil engines, both two-stroke and four-stroke and allows, by improving combustion, to achieve a high speed with good efficiency, while maintaining a degree of moderate compression.
The object of the patent lies in the particular design of; A combustion chamber providing the means. to coordinate the fuel injection law with that of the variation in pressure, temperature and speed of the turbulence (which occurs automatically in this chamber during part of the compression stroke) so as to obtain a rational, progressive, rapid and as complete combustion as possible of the charge introduced.
This combustion chamber (the shape of which is described in detail below) consists of two separate compartments (fig. I) each bridging a fuel injection device (i and j, fig. I).
The fuel injection begins in one of the two compartments with a large advance compared to the top dead center, and takes place under increasing effective pressure at low flow rate, so that at the moment of ignition the quantity of fuel which is found in this compartment is not large enough to cause a sudden increase in pressure in the form of an explosion.
The accelerated spiral turbulence (the mechanism of which will be described later) greatly contributes to reducing the time which elapses between the start of injection and the moment of ignition.
After the appearance of the flame, the fuel, continuing to arrive through the injector at increasing flow rate, burns as it is introduced into this compartment of the chamber, the pressure and temperature in the chamber being gradually raised. pregnant.
During combustion in the first compartment, a
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small amount of the burnt gas passes from this compartment into the second compartment of the chamber.
Near the top dead center, then begins the injection into the second compartment of the chamber. The injector of. this compartment has a larger fuel passage orifice than that of the first compartment and the injection is carried out there under effective pressure and at a greater flow rate than is done in the first compartment.
This last injection is short and takes place under conditions extremely favorable to rapid and complete combustion, such as: 1) the high pressure and the high temperature obtained by the previous combustion in the first compartment of the chamber, 2) the concentration oxygen conserved thanks to the separation existing between the two compartments of the chamber, and 3) the efficiency of the turbulence (which is at the time of the second injection near its maximum speed) ensuring a rapid mixing of air and fuel, finely pulverized, and bringing this fuel almost instantly to the point of ignition.
Since the injection and combustion in the first compartment of the chamber continue beyond the commencement of injection into the second compartment, it follows that the combustion is not discontinuous. The first relatively long injection at low flow and at high advance (allowing sufficient pressure to be obtained at top dead center while using a moderate degree of compression) followed by a short injection at high flow gives rise to an intermediate mixed cycle between the Beau de Rochas cycle and that of pure Diesel, a very favorable cycle from the point of view of theoretical efficiency.
The methodical turbulence, whose role and importance are well known, is obtained automatically and simultaneously in the two compartments of the chamber at the end of the compression stroke thanks to the position of the combustion chamber at the bottom of the chamber. cylinder head, this chamber being eccentric with respect to the axis of the cylinder. at
In this means of producing turbulence, the speed of the air current creating the turbulence is not only a function of the speed of the piston, but also of the position of the piston, which determines to
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each moment the density of the gaseous fluid contained in the chamber and the value of the seotion of the communication (between the cylinders of the chamber) projected on a plane normal to the direction of the speed resulting from the current.
Thus, as can be demonstrated, the greater speed of the current does not occur at the same time as the greater speed of the piston, but rather near the top dead center, and the value of this speed is all the greater. that the degree of compression is smaller (fig. 2 shows schematically the mechanism of turbulence).
So that the turbulence produced is maintained and does not become disordered, it is guided by the orientation and shape of the combustion chamber.
The two-compartment combustion chamber, which is located in the bottom of the cylinder head, outside the axis of the cylinder, and which opens into the bottom of the cylinder, near its periphery, is arranged symmetrically with respect to a diametral plane of the cylinder.
Each of the compartments of the chamber is composed of a dihedral angle bounded by a spiral volute whose width and radius of curvature decrease from the side of the chamber adjacent to the periphery of the cylinder.
The shape of a compartment is shown by way of indication and without limitation in FIG. n 2, and is the subject of a claim.
In the two-compartment combustion chamber the planes of symmetry of each of the appropriately arranged compartments may be inclined in the opposite direction at an angle other than 90 with respect to the bottom of the cylinder, so as to obtain mixing and interference. areas rich in air with those which are rich in fuel gases leaving the two compartments of the combustion chamber.
On the sketches we have designated the cylinder head by the letter c, the cylinder sleeves by the letter f, the pistons by p, the space of the combustion chamber by h, the valves by s and the two injection devices. by i and 1. FIG. I shows a combustion chamber whose compartments have their plane of symmetry inclined relative to the bottom of the cylinder. Fig. 4 shows schematically some
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examples of two-compartment and one-compartment combustion chambers, having their plane of symmetry perpendicular to the bottom of the cylinder.
The described combustion chamber can be applied to a two-stroke engine, and in this case the chamber can be completely devoid of valves or only provided with exhaust valves.
In the case of a high-speed 4-stroke engine, two exhaust valves can be placed in the walls of the combustion chamber, and two suction valves in the bottom of the cylinder head. The air sucked in will thus be less heated and the cylinder filling will be better.
In the open-air exhaust engine, one can be satisfied with two valves in the combustion chamber operating simultaneously and serving successively for exhaust and aspiration.
To avoid the rebreathing of the burnt gases, the roles in the operation of the valves can be successively changed. For example after the exhaust, which is done first by valves 1 and 2, the suction is then done by valves 3 and 4; the next exhaust is through valves 3 and 4, and the subsequent intake through valves 1 and 2, and so on. This mode of operation of the valves also has the advantage that the valves heated by the exhaust gases are cooled by the suction air, which notably reduces their thermal fatigue.
This valve operation is easily achieved by a cam bearing two bosses and rotating half as fast as a cam intended for a usual valve control. For an in-line engine, for example, the valve cams must turn four times slower than the engine shaft.
Fig. 3 shows the arrangement of the bosses of the valve control cams of a cylinder for the case of an in-line engine.
As a variant of a 4-stroke engine with open-air exhaust, especially for small displacements, one can indicate an engine whose two valves of the combustion chamber would work (as has just been described) alternately to the suction and exhaust, and whose third valve in the bottom of the cylinder head is used only for the suction. In addition to the advantages of reciprocating valve operation, there is also the advantage of an additional valve
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suction away from the hot place (which is the combustion chamber) and contributing to a good filling of the cylinder. (Larger section for suction and less heating of suction air).
The described combustion chamber can be applied both for industrial engines and for aircraft engines; it is suitable for both water cooling and air cooling.
CLAIMS S
I) In a heavy oil engine, with a view to rapid formation of a good mixture of air and fuel, provision of a combustion chamber in the bottom of the cylinder head, resulting automatically at the end of the compression stroke, to an accelerated spiral turbulence of the air delivered by the piston, thanks to the eccentric position of this chamber with respect to the axis of the cylinder, thanks to its symmetrical orientation with respect to a diametral plane of the cylinder , and thanks to its shape constituted by a dihedral angle limited by a volute, the width and radius of curvature of which decrease from the side of the chamber adjacent to the periphery of the cylinder.
II) Combustion chamber as described in I, with an injection device opening into the volute of the chamber and one or two valves arranged in the flat walls of the chamber forming between them the dihedral angle.
III) Combustion chamber with two separate compartments each having the shape of the chamber described in I, the planes of symmetry of these compartments being inclined (or not) in the opposite direction and at an angle other than 90 with respect to the bottom of the cylinder in seen to obtain a better efficiency by the mixing and the interference of the zones rich in air and fuel of the gases leaving the two compartments of the combustion chamber.
IV) Combustion chamber as described in III, each of its two compartments carrying a fuel injector, and these two injection devices operating at different injection advances and different injection pressures in accordance with the best conditions to achieve rapid and complete combustion.
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