<Desc/Clms Page number 1>
" Moteur à combustion comportant des injections séparées pour le combustible et pour l'air et un dispositif particulier d'allumage (Allumage extérieur) "
La présente invention a pour objet des moteurs à combustion dans lesquels la charge d'air est comprimée à un degré insuffisant pour permettre l'auto-allumage du combus- tible lors de l'injection vers la fin de la course de com- pression, et dans lesquels l'allumage est réalisé par un dis- positif spécial, par exemple une bougie électrique. Pour évi- ter que la paroi du cylindre ne soit arrosée du combustible, ce qui gênerait la lubrification du cylindre, on munit le pis- ton d'un collet dans les moteurs conformes à l'invention.
Le nouveau moteur est caractérisé par des dispositions
<Desc/Clms Page number 2>
qui le rendent propre à une compression plus élevée que celles obtenues jusqu'à ce jour, sans toutefois qu'il y ait autoallumage du combustible injecté. Ces dispositions consistent ce que l'injection et l'allumage sont réalisés à partir du fond du cylindre et en ce que le piston comporte un collet sensiblement fermé s'étendant au-dessus du fond du piston et qui porte au moins un segment de piston.
Un moteur comportant les caractéristiques de 1'invention présente le grand avantage que le taux de compression - dont on sait qu'il influe très fortement sur le rapport entre l'énergie fournie en combustible et la puissance disponible sur l'arbre manivelle - peut être sensiblement accru, sans d'ailleurs modifier le caractère du moteur en tant que moteur dit à basse ures- sion. En conséquence, la présente invention permet de faire fonctionner - avec une puissance augmentée et une moindre consommation de combustible - des moteurs à injection utilisant principalement des huiles difficilement volatiles donc peu coûteuses, en conservant une construction légère semblable sons ce rapport au moteur à essence. Ceci est un gain économique sensible.
Dans le mode de construction utilisé jusqu'à présent pour las moteurs à injection légers avec allumage extérieur, les essais pour améliorer le taux de compression furent vains parce qu'il se produisait en outre des auto-allumages gênants du combustible. Ce n'est qu'en réunissant les caractéristiques do la présente invention, que l'on a la possibilité d'employer
<Desc/Clms Page number 3>
un taux de compression de 6 au moins, de 7,5 en moyenne, sans être en outre exposé au danger d'auto-allumages nuisibles.
Auparavant, la limite du taux de compression était d'environ 5,
L'effet favorable que présentent les moteurs conformes à l'invention, quant au rendement et à l'économie de combusti- ble, doit être attribué entre autres à la meilleure transmis- sion de la chaleur du collet du piston (qui forme une partie principale de la paroi de la chambre de compression) par ses segments aux surfaces cylindriques refroidies par l'eau et, pour ce qui concerne les moteurs rapides, au piston plus léger.
En outre, la rotation le plus souvent désirée de l'air dans la chambre de combustion s'effectue également avec moins de tour- billons lors de l'utilisation d'un collet sensiblement fermé, ce qui contribue également au refroidissement du cylindre età l'amélioration de la formation du mélange et de la combustion.
En outre, le montage de la buse et du dispositif d'allumage dans le fond entraîne des avantages concernant la transforma- tion de moteurs à compression de mélange en moteurs à injection et la protection du dispositif d'allumage contre les gouttes de combustible adhérentes. On insistera particulièrement sur ces avantages lors de la description des dessins.
Conformément à l'invention, le dispositif d'allumage peut être'utilisé de manière à servir d'allumage de secours pendant un temps plus ou moins court ou long. Pour de grands alésagesde cylindre, il est parfois avantageux de prévoir plu-
<Desc/Clms Page number 4>
sieurs dispositifs d'allumage de façon telle que, suivant le nombre des jets de combustible injectés, non pas un seul mais plusieurs ou tout au moin des parties de ceux-ci soient immé- diatement portés à l'allumage. Pour de faibles charges de combustible, il peut en outre être très utile de prolonger la durée d'allumage et par exemple de la maintenir pendant tout le temps d'injection et même au delà de ce temps.
La rotation de la , charge. d'air est un auxiliaire essentiel de la combustion. La disposition du canal d'aspiration d'air avec débouché tangentiel dans la chambre de combustion donne le remplissage d'air du cylindre le moins influencé par des pertes par étranglement. Cependant, pour obtenir un mouvement de rotation suffisamment efficace et persistant jusqu'à la fin de la course de compression, il est le plus souvent utile de prévoir une seotion d'étranglement qui réalise la vitesse d'air nécessaire. Dans les plus grands moteurs, on constate que la perte par étranglement diminue et que le remplissage s'améliore lorsqu'on dispose plusieurs canaux tangentiels d'aspiration d'air.
Grâce à la présente invention, on peut assurer une utilisation du combustible avantageuse pour chaque dimension de cylindre, à un degré qu'on ne pouvait atteindre jusqu'à présent dans les moteurs à injection de combustible à comprGS- sion relativement faible (en comparaison avec le moteur Diesel) et comportant, dans la chambre de combustible, une chemise qui
<Desc/Clms Page number 5>
protège la paroi du cylindre contre l'humidification par du combustible, c'est-à-dire contre une mauvaise action do la lubrification du cylindre.
La doscription des exemples de réalisation représentés, à titre non limitatif, aux dessins ci-joints exposera d'autres particularités et avantages de la présente invontion.
Dans ces dessins :
Les fig. 1, 3, 5,7 et 9 représentent des coupes longitudinales d'un cylindre do moteur à combustion conforme à l'invention et les fig. 2, 4,6, 8 et 10 représentent dos vues par dessus du piston du cylindre, avec l'indication schématique de la position des tubulures d'air frais et des gaz d'échappe- ment, des soupapes, des dispositifs d'allumage et d'injection.
Dans toutes les figures, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références.
1 désigne le bloc cylindre d'un moteur à injection de combustible avec allumage extérieur, 2 le fond du moteur, 3 le dispositif d'injection de combustible, 4 la tubulure d'aspiration d'air, 5 la soupape d'aspiration d'air, et6 un dispositif d'allumage (bougie électrique). La soupape 5 est commandée, par l'intermédiaire de la tringle 8, du lovier oscillant 9 et du ressort 10, par l'arbre à camo 7 actionné par l'arbre manivelle du moteur. L'orifice de la soupape a une forme telle que l'air aspiré prend dans le cylindre un
<Desc/Clms Page number 6>
mouvement de rotation qui est indiqué par les flèches 11 aux fig. 2, 4,6, 8,10. Le piston 12 du moteur comporte un collet 13, dans lequel sont fixés deux segments de piston 14 et 15.
Dans le cas de la fige 1, le piston se déplace dans une chemise remplaçable 13 qui constitue, à la manière connue, la paroi du cylindre de travail. La soupape d'échappement 17 permet la sortie des gaz brûlés du cylindre. Le piston 12 est représenté dans une position voisine do la fin de la cours- de compression, où le collet 13 constitue la chemise de protection de l'espace 26 dans lequel le combustible est injecté.
Le moteur représenté peut fonctionner à quatre temps.
Après la fin de la course d'échappement, la soupape d'aspiration 5 s'ouvre et le piston 12, en descondant, aspire do l'air dans le cylindre par l'orifice de soupape. Par l'action combinée, au siège de soupapc (fig. 1), du biseau 18 et du bord droit 19, l'air prend le mouvement de rotation désiré, dont la vitesse de rotation est déterminée principalement par la dimension de l'orifice de soupape, la section de la tubulure d'aspiration, ainsi que pr la vitesse du piston.
Pendant la course de compression du piston 12, la charge d'air en rotatif est comprimée et, vers la fin do cette course, pourvue d'une charge de combustible amenée à travers l'orifice d'injection 3 à partir d'une pompe 4 combustible ou dispositif analoguo non représenté. La bougie d'allumage 6 allume le combustible.
Par suite de la forme simple de la chambre de compression, de
<Desc/Clms Page number 7>
l'agoncoment dans la fond du cylindre du dispositif d'injec- tion ot du dispositif d'allumage et des egmonts 14 et 15 dans le collet du piston, on atteint une bonne évacuation de chaleur des parois de la chambre de compression aux parois du moteur refroidies par de l'eau ou par un autre moyen. On peut ainsi fixer le taux de compression à 7,5 par exemple, sans avoir d'auto-allumages. Le collet du piston forme en même temps une chemise de protection afficace pour la chambre do compression, car il empêche des gouttes de combustible de par- de contribuer venir à la paroi du cylindre et ainsi à la mauvaise action de lubrification du cylindre.
Le montage, dans le fond du cylindre, des dispositifs d'injection et d'allumage cntraine, comme on peut le voir d'après la fig. l, des avantages importants - premièrement la possibilité d'utiliser un piston ayant un collet plein, non abimé par des évidements, des joints ou autres, et qui, à l'aide des segments, abandonne de tous cotés sa chaleur au cylindre refroidi par de l'eau - et deuxièmement l'utilisation de la chemise 16 usuelle, romplaçable, du cylindre, môme pour les moteurs à injection à basse pression que concerne l'invcn-' tion.
Enfin, il ressort clairement de la fig. 1 que la trans- formation d'un moteur à essence en moteur à injection destine à fonctionner à l'huile lourde n'exige plus maintenant que le remplacement du fond par un nouveau fond 2 et un nouveau pis- ton 12, qu'elle est donc extraordinairement facilitée et ren-
<Desc/Clms Page number 8>
due meilleur marché. Dans certains cas, les soupapes peuvent même être nonservées. Il y a également un avantage pour la rotation utile de l'air dans la chambre de compression, car cette rotation se conserve maintenant presque sans perturbation jusqu'à l'allumage, parce que la cuvette formée au-dessus du fond du piston par le collet uni 11 ne comporte aucune arête ni aucune fente.
La charge en combustible de l'air du cylindre par injection à partir du fond est réalisée de telle manière que, pour une charge élevée, la totalité de la charge d'air du cylindre est autant que possible uniformément pourvue de combustible et est complètement utilisée ; pour une charge moindre, la portion d'air voisine du dispositif d'allumage au moment de l'allumage est avant tout imprégnée de combustible.
Comme en particulier les jets de combustible, qui sont injectés dans le sens d'une charge d'air en rotation, sont soulevés contre le fond du cylindre, le montage de la bougie dans le fond contribue à faciliter le rassemblement d'un mélange inflammable au voisinage de ce montage et à améliorer ainsi le fonctionnement du moteur spécialement pour une faible charge.
On a souvent constaté qu'il est utile de placer le dispositif d'injection. aussi bien que celui d'allumage avec leurs axes ds symétrie disposés obliquement par rapport à l'axe du cylindre. On peut utiliser un piston plus court, donc plus léger et meilleur marché car une partie des segments est montée dans le collet du piston. Le dispositif d'allumage n'est pas souil-
<Desc/Clms Page number 9>
lé par dos gouttos do combustible, car do 'toiles gouttos s'écoulent immédiatement vers le bas.
Los fig. 3 et 4 représentent uno formo do réalisation d'un moteur conforme à l'invention qui équivaut pour l'ossentiel au moteur do fig. 1; la principale différence consiste en ce que, au lieu du siège do soupape enfoncé à bord bizoauté, on emploie, pour provoquer la rotation de l'air, une soupape 5 avec écran 27 sur la tête de soupape, et en ce quo la chambre do compression 26 est en partie réservée dans le fond du cylindre. Une telle forme de réalisation peut être utile lorsqu'on veut transformer un moteur à essence en moteur à injection d'huile lourde. Le collet 13 de piston est muni do petits évidements hon nuisibles, par lesquels la buse d'injection 3 et la bougie d'allumage 6 peuvent pénétrer dans la chambre de compression 26.
Les fig. 5 et 6 représentent un moteur conforme à l'invention qui, comme le moteur de fig. 3, comporte un fond avec un évidement de diamètre à peu près égal à l'alésage du cylindre. Lc piston a un fond incliné. On a constaté qu'une tell.: réalisation est utile pour des moteurs à petite course et à grande vitesse du piston (dits moteurs rapides). Le fond du piston s'incline du côté où est monté dans' 10 fond l@ disposi- tif d'allumage 6, do sorte qu'il on résulte une cavité dans la chambre de combustion dans laquelle le combustible et l'air sont à la fin de la course de compression, forcément pous- .
<Desc/Clms Page number 10>
ses de la partie plus aplatie de la chambre de combustion et baignent le dispositif d'allumage.
Los possibilités de transformation, do moteurs ressor- tant particulièrement des figures 1 à 6, aspirant un mélange en moteurs à injection, nc sont naturellement pas limitées aux types décrits; bien au contraire, elles peuvent s'appliquer facilement d'une manière correspondante à tous les genres de moteurs, par exemple à des moteurs à soupapes fixées latéra- lement, entre autres.
Aux fig. 7 et 8, le dispositif d'allumage 21 est placé tout près de la buse 3. Le canal 4 d'aspiration d'air débou- che tangentiellement dans la chambre de compression 26, de sorte que la charge d'air du cylindre exécute ùn mouvement de rotation dans le sens des flèches Il (fig. 8). Pour tenir compte de ce mouvement de l'air, le dispositif d'allumage 21 a été placé derrière la buse d'injection 3. L'injection et de manière à ce que 1-'injection commence l'allumage peuvent être relies/pour une position déterminée du piston 12 pendant sa course de campression et dure plus au moins longtemps suivant la charge.
Le dispositif d'allu- mage est, de plus, mis on action à un moment où les premières parties de la quantité de combustible injecté atteignent ce dispositif par suite do la rotation do l'air.
Les fig. 9 ot 10 représentent une forme de réalisation d'un moteur conforme à l'invention, comportant deux disposi- tifs d'allumage 21 et 25, dont l'un est placé près de la buse
<Desc/Clms Page number 11>
d'injection 3, et dont l'autre est à pou près diamétralement opposé à cette buse. La bougie d'allumage 21 sert surtout à réaliser un processus d'allumage de jets. On entend par là que la bougie d'allumage est mise en action à peu près en môme temps que commence l'injection de combustible ot enflamme au moins dos partios du jct do combustible aussitôt après son introduction dans le charge d'air du cylindre. Ce procédé trouve, une application principalement pour une faible charge (marche à vide), c'est-à-dire lorsque dos charges relativement faibles do combustible sont injectées.
La bougie d'allumage 25 sert à réaliser un procédé d'allumage de mélange, qui consisto on co que le combustible injecté ou une partie do celuici est tout d'abord mélangé avec de l'air avant d'être porté inflammation par le dispositif d'allumage. Dans la disposition des fig. 9 et 10, le combustible est injecté dans la charge d'air en rotation ct peut se mélanger à l'air sur le parcours de la buse 3 à la bougie 25. Le processus d'allumage de mélange est applicablo on particulier pour une charge plus élevée (pleine charge et surcharge), c'est-à-dire lorsque lcs quantités de combustible injectées sont relativement grandes.
On peut également mettre en action los deux dispositifs d'allu- mage à tous les degrés do charge, le moment d'allumage ct la simultanéité ou la succession des allumages de chaque bougie pouvant 8tre réglées à volonté.
Les moteurs conformes aux fig. 1 à 10 peuvent aussi
<Desc/Clms Page number 12>
être employés avec un taux do compression supérieur à 7,5.
La construction de . fig. 7 serait particulièrement appropriée à cet effet. La bougie d'allumage 21 sert alors principalement à faciliter l'allumage du combustible, qui est injecté par la buse 3, à la fin de la course de compression, par exemple comme dans un moteur Diesel.
La chambre de compression peut avoir toute forme désirée, non seulement plate (en forme de disque circulaire), comme représenté aux dessins mais aussi sensiblement semi-sphérique, par exemple par creusage du fond du cylindre.