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MOTEUR A EDILE LOURDE A GRANDE VITESSE
EMI1.1
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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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