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Perfectionnements aux moteurs à combustion interne et au char- gement de ceux-ci.
La présente invention concerne les moteurs à combustion interne.
Une caractéristique de l'invention est qu'un mélange com- bustible est formé avant l'allumage.
L'invention est particulièrement utile dans le cas de mo- teurs à pétrole mais on pense qu'elle peut être utilisée égale- ment dans le cas de moteurs fonctionnant au moyen de gaz ou d'hui- le lourde et dans ces deux cas un mélange combustible est formé avant l'allumage.
Un des buts principaux de l'invention est de fournir un moteur à combustion interne capable de fonctionner avec un rap- port de compression d'au moins 7 :1 avec des pressions finales de compression correspondant à des rapports de compression d'au moins 7 :1, le fait qu'un mélange combustible est formé avant l'allumage.
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L'invention prévoit un procédé pour faire fonctionner des moteurs à combustion interne, dans lequel une partie de la cha- leur acquise par l'air ou le mélange en raison de sa compression est enlevée avant l'allumage de façon à éviter la, détonation ou l'allumage spontané du combustible à des pressions de compres- sion correspondant à des rapports de compression d'au moins 7:1.
Dans le fonctionnement d'un moteur à combustion interne al- terna.tif dans lequel un mélange combustible est formé avant l'al- lumage suivant la présente invention, de l'air ou un mélange d'air et de combustible est comprimé à une pression correspon- dant à un rapport de compression d'au moins 7 :1 et est refroidi pendant la compression, ou pendant et après la compression, suf- fisamment pour éviter la détonation ou l'allumage anticipé.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention l'air ou la charge de mélange comprimé est emmagasiné après la compression et avant l'allumage, pendant une période adéquate pour permettre au combustible de se mélanger à l'air, par exem- ple pendant une période au cours de laquelle le piston exécute la moitié d'une course.
Un moteur à combustion interne suivant la présente invention est pourvu d'une chambre de préallumage comportant une communi- ca.tion commandée par soupape avec le cylindre de détente et vers laquelle l'air ou la charge d'air et de combustible est re- foulé jusqu'à la pleine pression de compression avant l'alluma- ge, et est en outre pourvu de moyens de refroidir l'air ou la charge de mélange, dans son trajet vers cette chambre, dans une mesure suffisante pour empêcher la détonation ou l'allumage spontané du combustible à des pressions de compression corres- pondant à des rapports de compression d'au moins 7:1.
Une soupape commandant l'écoulement de mélanges combustibles de la chambre de préallwnage vers le cylindre de travail s'ou- vre approximativement en même temps que commence la course mo-
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trice du piston.
Des moyens d'allumage appropriés, tels qu'une bougie d'allu- mage, peuvent être disposés dans la chambre de préallumage,
L'admission vers la chambre de préallumage est pourvue d'une soupape de retenue destinée à isoler cette chambre d'un réfri- gérant en série avec celle-ci.
Si on le désire, l'air ou le mélange peut être comprimé à la pleine pression de compression sur la face inférieure du pis- ton de moteur ou par une partie d'un piston différentiel, ou bien il peut être comprimé par un compresseur séparé.
Dans un moteur multi-cylindrique, l'air ou la charge de mé- lange pour l'emploi dans un cylindre peut être comprimé par le piston d'un autre cylindre et la compression peut être effectuée dans les cylindres de travail de moteurs ayant seulement une course motrice pour deux tours. De même, la compression peut être effectuée sur la face inférieure du piston de travail dans le cas de moteurs à simple effet ayant une seule course motrice par tour et dans ce cas on remarquera que bien que fonctionnant suivant un cycle à deux temps vu qu'on obtient une course mo- trice par tour, ces moteurs auront l'avantage d'obtenir une éva- cuation positive des produits de combustion du cylindre moteur par un mouvement du piston moteur dans le cylindre de travail.
Dans le cas d'un moteur fonctionnant avec du pétrole, le mélange de combustible peut être formé par injection de pétrole dans la chambre de préallumage ou dans la charge d'air comprimé en route vers cette chambre. Avec des rapports de compression suffisamment bas, du pétrole ou du gaz peut être attiré dans le compresseur,
Lorsqu'une huile lourde est employée, le mélange combusti- ble sera formé par injection d'huile lourde dans la chambre de préallumage ou dans la charge d'air comprimé en route vers cette chambre.
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Pour ce qui concerne la gamme de combustibles qui peut être employée avec la présente invention, on estime qu'on pour- rait employer n'importe quel combustible gazeux ou n'importe quel combustible liquide qui, dans les conditions de températu- re et de pression régnant à la. fin de la compression, se vapo- rise dans une mesure notable sans allumage spontané ni détona- tion ou en d'autres termes des combustibles liquides ayant un d'inflammation spontanée point sensiblement plus élevé que la température à la- quelle la vaporisation commence.
Pour ce qui concerne les moteurs à pétrole on remarquera que le refroidissement de l'air ou du mélange d'air et de com- bustible permettra d'employer des rapports de compression beau- coup plus élevés que ceux de la normale, ce qui permet d'obtenir des rendements sensiblement meilleurs.
Dans le cas de moteurs fonctionnant avec de l'huile lourde, on remarquera que l'injection du combustible dans la chambre de préallumage, dans laquelle la charge d'air est emmagasinée pendant un espace de temps appréciable, donne au combustible la possibilité de se mélanger convenablement à l'air de sorte qu'on peut s'attendre à une combustion relativement bonne du combustible et à l'utilisation sensiblement complète de la char- ge d'air. Sous ce rapport il est à remarquer que dans le mo- teur Diesel moyen, le temps disponible pour le mélange du com- bustible avec l'air est tellement court qu'une quantité impor- tante d'oxygène est expulsée avec les produits de combustion à la. fin de chaque course, ce qui a pour conséquence une réduction du rapport de la puissance au volume balayé par le piston.
Un autre avantage de la présente invention est que des pressions maxima relativement élevées peuvent être atteintes parce que l'allumage peut être commencé dans la chambre de pré- allumage avant la fin de la course d'échappement, de sorte qu'une pression considérable peut être produite dans la chambre de pré-
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allumage pour être transmise dans le cylindre de travail à la fin de la course d'échappement lorsque le volume du cylindre de travail est au minimum.
Pour ce qui concerne les différents combustibles qui peuvent être employés et leurs modes d'emploi, on estime que l'injection de pétrole ou d'un combustible gazeux ou bien l'injection à la fois de pétrole et d'un combustible gazeux directement dans la chambre d'allumage serait satisfaisante.
On estime toutefois qu'un mélange gazeux pourrait être formé vant la, compression et le mélange comprimé avant qu'il at- teigne la chambre de préallumage, pourvu que la température finale de compression ne soit pas élevée au point de provoquer un allumage spontané du combustible dans le compresseur et en outre que de l'huile lourde pourrait être injectée directe- ment dans la, chambre de préallumage pourvu, comme on l'a men- tionné plus haut, que le point d'inflammation spontanée du combustible soit sensiblement plus élevé que la température laquelle la vaporisation a commencé.
Le moteur suivant la présente invention pourrait, d'après ce qu'on pense, fonctionner de façon satisfaisante avec de la paraffine sans les difficultés de carburation habituel- lement liées aux moteurs , paraffine, vu que la paraffine peut être injectée directement dans la chambre de préallu- mage chaude.
Dans la présente invention, le balayage de la chambre de préallumage peut être effectué par le déplacement direct des produits de combustion par de l'air frais se détendant à partir d'une chambre de refroidissement placée en série avec celle-ci.
Pendant le balayage l'admission vers la, chambre de préal- lumage et la sortie de celle-ci sont toutes deux ouvertes. Le balayage est achevé lorsque la sortie de la chambre de préal-
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lumage est fermée, et l'injection de combustible est réglée de façon à commencer en un point approprié après cette fermeture.
Dans le cas d'un moteur multi-cylindrique, les chambres de préallumage des différents cylindres peuvent être alimentées à partir d'une chambre de transport commune vers laquelle les charges d'air comprimé sont amenées.
L'invention est décrite particulièrement avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
Fig, 1 est une vue en élévation en partie en coupe par la ligne 1-1 de la. Fig. 2 ;
Fig. 2 est une coupe horizontale par la ligne 2-2 de la Fig. 5;
Fig. 3 est une coupe verticale à plus grande échelle faite par la ligne 1-1 de la Fig. 2 ;
Fig.4 est une vue en plan correspondant aux Figs. 1 et 3;
Fig 5 est une coupe verticale partielle par la ligne 5-5 de la Fig. 2;
Fig. 6 est une coupe verticale partielle à plus grande échel- le montrant le moyen de commande de soupape; Fig. 7 est une coupe en élévation partielle montrant une partie du moyen d'actionnement de soupape; Tià. 8 est une vue en élévation partielle montrant une autre partie du moyen d'actionnement de soupape;
Fig. 9 est un diagramme théorique d'indicateur, montrant le fonctionnement du moteur.
Un piston 1, fonctionnant dans un cylindre 2 à refroidis- sement par eau, est relié par une tige de piston 3 à une cros- sette - fonctionnant dans des guides 5, la crossette étant re- liée par une bielle 6 à une manivelle 7. Le. détente et l'é- chappement sont effectués au-dessus diu piston 1 et la, compres- sion de la charge d'air est effectuée en-dessous du piston 1,
Si on se reporte aux Figs.
2 à 5 on remarque que de l'air
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est aspiré vers la face inférieure du piston par les soupapes 8 lors de la course ascendante du piston et que lors de la course descendante, cet air est évacué par les soupapes 9 au moyen de quatre passages de refroidissement 10 vers une chambre 11 de refroidissement et de transport disposée dans la chemise d'eau du cylindre,
De la chambre de refroidissement 11, l'air est refoulé pendant la course de descente du piston, en passant par une sou- pape 12 chargée d'un ressort et fonctionnant automatiquement dans une chambre de préallumage 13. Le combustible, de préféren- ce du pétrole, est envoyé dans la chambre de préallumage 13 par une conduite ou une tubulure 15 en venant d'une pompe à combus- tible appropriée 70.
L'allumage du mélange est effectué par une bougie d'al- lumage 14.
La communication entre la chambre de préallumage 13 et le cylindre de travail 16 est commandée par la soupape 17 actionnée mécaniquement tandis que l'échappement du cylindre 16 est comman- dée par une soupape actionnée mécaniquement 18.
On remarquera que la compression de l'air dans la chambre de préallumage 13 s'achève à la fin de la course descendante du piston 1 et que la charge d'air est maintenue ou emmagasinée dans la chambre de préallumage 13 pendant une grande partie de -la course d'échappement du piston 1. La charge de combustible peut être injectée dans la chambre de préallumage 13 immédia- tement après la fin de la compression, de sorte qu'il y a un temps adéquat pour que le combustible se mélange complètement à l'air et le mélange sera facilité en vertu du fait que l'air est relativement échauffé.
L'allumage se produit avant que le piston 1 atteigne la fin de sa course d'échappement de sorte qu'une pression impor- tante est créée dans la chambre de préallumage au moment où le
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piston atteint la fin de sa course d'échappement. La soupape 17 peut être réglée pour s'ouvrir exactement à la fin de la course d'échappement ou très légèrement avant.
On remarquera que tandis que ce moteur est capable d'effec- tuer une course motrice par tour du moteur, il a malgré cela l'a- vantage de procurer un échappement positif des produits de com- bustion en vertu du mouvement vers le haut du piston.
Les soupapes 8 et 9 sont actionnées respectivement par des cames 20 et 21 par 1'intermédiaire de tiges de poussée 22 et 23.
La tige de poussée 22 actionne un levier 24 qui est calé sur un arbre 25 auquel sont reliés deux bras d'actionnement 26 qui s'é- tendent en-dessous de la tige de la soupape 8. La tige de pous- sée 23 actionne un levier 29 calé sur un arbre 30 sur lequel sont montés deux leviers 31 qui butent contre des leviers corres- pondant 32 en forme de T montés sur un arbre 33. Chaque levier en forme de T s'engage dans une douille située à l'extrémité d'une soupape 9, laquelle est/fermée au moyen d'un ressort 34 relié à un autre bras du levier/32.
La soupape 17 est actionnée par une came 40 agissant par l'intermédiaire d'une tige de poussée 41 pour actionner un le- vier 42 (voir Figs. 4 et 7) calé sur un a.rbre 43 sur lequel est monté de façon fixe un levier 44 qui vient en prise avec une douille appropriée de la tige de la, soupape 17. La soupape 18 est commandée par une came 50 par l'intermédiaire de la tige de poussée 51 qui actionne un levier 52 monté librement sur l'ex- trémité de l'arbre 43. Le levier 52 porte un secteur denté 53 venant en prise avec un secteur denté correspondant 54 fixé an- gulairement par rapport à un levier 55 monté sur un arbre 56, lequel levier 55 vient en prise à son extrémité avec la tige de la soupape 18.
Le moteur représenté au dessin convient pour fonctionner avec un rapport de compression d'environ 14:1,
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Le volume des passages 10 et de la chambre 11 doit être suffisant pour éviter un frottement excessif et dans le moteur particulier représenté au dessin, le volume total des passages 10 et de la chambre 11 vaut environ 4 fois le volume de la chambre de préallumage 13.
Dans des variantes de construction, le piston 1 peut être construit sous la forme d'un piston en gradin et la tige de piston 3 et la crossette + peuvent être éliminées par la dispo- sition d'un tablier sur la face inférieure du piston 1, de plus petit diamètre que le piston lui-même mais de plus grand diamè- tre que la tige de piston 3, le tablier étant guidé de façon appropriée dans une buselure de la face inférieure du cylindre, les soupapes étant disposées dans l'espace annulaire entre la paroi du cylindre et le tablier du piston. La bielle peut être reliée au moyen d'un pivot au piston. Par ces moyens on peut obtenir un plus grand rapport de détente, ce qui abaisse la tem- pérature et la pression des produits de combustion au moment de l'échappement.
Si on le désire, les soupapes 8 et 9 peuvent être action- nées automatiquement, c'est-à-dire qu'elles peuvent être char- gées d'un ressort et actionnées automatiquement respectivement par les pressions d'aspiration et de décharge. Dans ce cas les soupapes doivent être établies de façon appropriée en tenant compte de la vitesse du moteur.
Si on se rapporte au diagramme indicateur représenté à la Fig. 9, l'air ou le mélange d'air et de combustible est aspiré sur la face inférieure du piston suivant la ligne A-B et est comprimé suivant la ligne B-C. Au point C la soupape 9 s'ouvre et la pression continue à s'élever dans le cylindre de compres- sion, les tuyaux de refroidissement 10, la chambre 11 et la chambre de préallumage 13 suivant la ligne C-D. A la fin de la course vers le bas, la pression dans la chambre de compression
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tombe suivant la ligne D-A tandis que pendant la course vers le haut du piston, la, pression dans la chambre de préallumage 13 tombe très légèrement suivant la ligne D-E, l'allumage ayant lieu au point E un peu avant la fin de la course ascensionnelle du piston.
La pression s'élève rapidement suivant la ligne E-F, la soupape 17 s'ouvrant approximativement au point F, après quoi la détente a lieu suivant la ligne F.G.H. Au point H, la soupape 17 étant toujours ouverte, .la pression dans la chambre 13 devient justement moindre que celle régnant dans les chambres 10, 11, de sorte que la. soupape 12 s'ouvre et que la, détente continue dans le cylindre de travail, la chambre de préallumage 13 et les chambres 10, 11 suivant la ligne H-I, l'air frais ex- pulsant partiellement les produits de combustion laissés dans la chambre de préallumage 13. Au point 1 la, soupape 17 se fer- me, après quoi la détente continue dans le cylindre de travail seulement, suivant la ligne I-J.
La soupape d'échappement 18 s'ouvre approximativement au point J et le piston se mouvant vers le haut, l'échappement continue suivant la ligne J-K et en ce dernier point la soupape d'échappement 18 se ferme.
Pour ce qui concerne le cycle de pression dans les tuyaux 10 et la chambre 11, la. pression tombe graduellement après la fin de la compression suivant les lignes D-L et L-H, après quoi en raison de l'ouverture de la valve 12 la, pression tombe avec la détente dans le cylindre suivant la ligne H-I.
La pression dans les chambres 10 et 11 est sensiblement constante suivant la ligne I-C. la soupa,pe 17 se fermant au point I et la, soupape 9 s'ouvrant au point C, après quoi la pression s'é- lève suivant la ligne C-D tandis que la compression continue pendent la dernière partie du mouvement de descente du piston.
Comme on l'aura observé, la présente invention permet d'em- ployer des rapports de compression relativement élevés avec la formation d'un mélange combustible avant l'inflammation et on estime que des rapports de compression de 20 :1 ou 25:1 seraient
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praticables pourvu que, naturellement, un refroidissement adé- quat de la charge soit effectué a,vant l'allumage.
Résumé.
En résumé l'invention concerne :
1. Un procédé de fonctionnement de moteurs à combustion interne, dans lequel une partie de la chaleur acquise par l'air ou le mélange en raison de sa compression est enlevée avant l'allumage pour éviter l'allumage spontané du combustible à des pressions de compression correspondant à des rapports de compression d'au moins 7:1.
2. Dans le fonctionnement d'un moteur à combustion interne alternatif, dans lequel un mélange combustible est formé avant l'allumage, les cara.ctéristiques consistant à comprimer l'air ou le mélange de combustible et d'air à une pression corres- pondant à un rapport de compression d'au moins 7 à 1 et à re- froidir l'air ou le mélange pendant, ou pendant et après la, compression, suffisamment pour éviter la détonation ou l'allu- mage anticipé.
3, Dans le fonctionnement d'un moteur à combustion inter- ne alternatif, dans lequel un mélange combustible est formé avant l'allumage, les caractéristiques consistant à comprimer l'air ou le mélange d'air et de combustible à une pression cor- respondant à un rapport de compression d'au moins sept à un, à emmagasiner la charge d'air ou de mélange après compression et avant l'allumage, de préférence pendant une période au cours de laquelle le piston exécute au moins une demi-course, et à refroidir l'air ou le mélange pendant, ou pendant et après la compression, suffisamment pour éviter la détonation ou l'allumage anticipé.
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