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Chambre de combustion pour moteurs à combustion interne,
L'invention concerne les moteurs à combustion de tous cycles et à nombre de tours relativement élevés.,
Pour avoir un fonctionnement satisfaisant avec un excès d'air aussi faible que possible, notamment dans les moteurs à explosion consommant des combustibles liquides, on ne laisse pas les jets de combustible injectés former seuls le mélange, mais on favorise cette formation par une agitation forcée de l'air.
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On y réussit, entre autres, en utilisant l'effet de refoulement du piston en mouvement ou des pistons con- jugués en mouvement.
Dans certaines dispositions connues dont un exemple est représente à la fig. 1 du dessin, la chambre de com- bustion est ménagée en tout ou partie dans le piston 4 et, le plus souvent, adaptée à une forme de jet déterminée.
Pour communiquer une vitesse d'écoulement aussi élevée que possible à l'air comburant ou au mélange combustible com- primés par le piston moteur à leur entrée dans la chambre de combustion peu avant l'arrivée à la position finale de compression, l'ouverture de la chambre de combustion est sou- vent un peu rétrécie; on établie aussi, par ce moyen, une relation favorable entre la surface du piston et la sur- face de l'entrée de la chambre de combustion
Les tendances de la construction des moteurs à ex- plosion sont orientées vers les grandes puissances au litre. On peut les réaliser, d'une part, en augmentant la pression motrice moyenne, par exemple par surcompression, et, d'autre part, en accroissant le nombre des cycles moteurs.
Mais l'expérience a montré que ce nombre ne peut être accru à volonté en raison du maximum admissible pour la vitesse moyenne du piston. Enfin l'accroissement de la pression motrice est limitée également par la charge ther- mique qui en résulte pour les organes de distribution et
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les segments de piston.
En plus de l'accroissement de puissance obtenu par suroompression, on peut réaliser un accroissement supplé- mentaire par le balayage de la chambre de combustion; mais il faut pour cela un certain recouvrement mutuel des durées d'ouverture des organes de distribution.
On connait des dispositions comportant un balayage dans lesquelles les soupapes 1 ont le même axe et se meuvent en sens opposés dans la chambre de combustion, comme le mon- tre la fig. 2 du dessin. Il est possible, ainsi, de bien balayer la chambre de combustion, mais on ne peut réaliser un refroidissement efficace du fond du piston, ce qui est une condition essentielle du fait de la surcompression. D'au- tre part la chambre de combustion est baignée par l'agent de refroidissement presque sur toute sa surface, de sorte qu'en plus des pertes de chaleur inévitables, on ne peut réaliser que difficilement une bonne combustion.
En fait, cette disposition des moteurs n'a jamais pu s'imposera
On pourrait réaliser le balayage dans la première disposition mentionnée ci-dessus, représentée par la fig.l, en y disposant des évidements correspondant aux soupapes.
Toutefois la subdivision de la chambre de combustion qui en résulterait ne permettrait pas la formation d'un mélange favorable.
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L'objet ue l'invention conserve les avantages que comportent les dispositions dont il vient d'être question, mais en évite dans une large mesure les inconvénients.
L'invention est représentée dans les figs. 3 à 8 du dessin par deux exemples de réalisation sur un moteur Diesel à quatre temps, chacun de ces exemples comportant une sou- pape d' admis si on et une' s oupape, d'échappement.
La fig. 3 montre une première disposition par une coupe pratiquée à travers le cylindre suivant la ligne III-III de la fig. 5.
La fig. 4 est la coupe correspondante du cylindre suivant la ligne IV-IV des figs. 3 et 50
La fig. 5 représente le piston des figs. 3 et 4 vu du dessus.
La fig. 6 représente une deuxième réalisation avec la tubulure d'injection placée sur le côté opposé, par une coupe'faite suivant la ligne VI-VI de la fig. 7.
La fig. 7 montre le piston de la fige 6 vu en plan.
La fige 8 montre le piston avec le fond du cylindre, parune coupe faite suivant la ligne VIII-VIII de la figo7, vue en direction des flèches A;
La figo 9 est un diagramme de la vitesse d'écoulement.
Dans les dispositions représentées par les figs. 3 à 8, les axes des soupapes 1 se trouvent dans un plan qui est excentré par rapport au plan médian du cylindre 2,
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l'éoartement des deux plans étant g, comme l'indique la fig. 4. Soit, par exemple, * = 15 l'inclinais on des axes des soupapes par rapport à l'axe du cylindre 2, En position d'ouverture complète, les têtes des soupapes 3 se touchent presque, comme cela est indiqué en traits interrompus dans la fig. 3. Les évidements cylindriques 5 du fond du piston 4 nécessités par la levée des soupapes sont tracés pour donner une chambre de combustion favorable techniquement aux points de vue de l'écoulement et de la fabrication.
Cette disposition aasure un balayage net et un bon refroidis- sement de la chambre de combustion. L'injeoteur 7 est disposé, comme l'indiquent les figs. 4 et 6, dans le fond du cylindre 8, sur le coté de l'axe du cylindre 2 et dans une position oblique par rapport à celui-ci. Avec un injecteur à plusieurs orifices, toute la chambre de combustion peut être ainsi balayée.
Pour améliorer la formation du mélange, on établit un double courant transversal ayant une vitesse élevée. Ce courant est produit par une petite surface de refoulement 10 (figs. 4,5,6,7) conjuguée avec une surface opppsée 11 ménagée dans le fond du cylindre 8. En vue de faire prendre l'air refoulé la direction et la vitesse voulues, la chambre de refoulement est limitée par une surélévation 12 formant bour- relet qui présente à ses deux extrémités des ouvertures 15 débouchant dans les évidements correspondant aux soupapes 5.
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L'injection du combustible s'effectue, avec la disposition de l'injecteur représenté par la fig. 4, approximativement dans le même sens que l'écoulement de l'air refoulé, et plutôt en sens inverse de cet écoulement avec la disposition de l'injecteur représentée par la fig. 6. Le bord 13 du bourrelet 12 et le bord 14 du fond de cylindre 8, qui se conjuguent pour limiter la chambre de refoulement, passent l'un devant l'autre en laissant entre eux un intervalle de moins d'un millimètre. Le bord supérieur 13 du bourrelet 12 arrvie à la hauteur du bord inférieur 14 de la surface 11 du fond de cylindre qui lui fait face (figs. 4 et 6), lors- que la manivelle occupe une position située à environ 30-40 en avant du point mort supérieur.
On peut réaliser la vitesse d'écoulement la plus favorable dans la chambre de combustion et, par là, un trs bon mélange, en établissant une relation déterminée entre les distances h, i et k et en donnant une , conformation spéciale aux passages offerts à l'écoulement.
Le diagramme de la fig. 9 représente la variation de la vitesse d'écoulement au point 15 du piston en fonction de la position de la manivelle pour un nombre de tours dé- terminé; la courbe 16 correspond à la présence d'un bourrelet 12, la courbe 17 à l'absence d'un tel bourrelet. L'effet extrêmement favorable produit par l'organe limitant la chambre de refoulement ou bourrelet 12, ressort de ce dia-
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gramme et a été mis en évidence par des mesures faites sur un moteur d'essai.
La disposition qui vient d'être décrite et la direc- tion imposée aux courants d'air entrant en 15 dans la cham- bre de combustion pour qu'ils longent, par leur périphérie, les parois a peu près cylindriques 20 des évidements corre- spondant aux soupapes 5, donnentanaissance à deux courants tourbillonnaires très rasants dont les axes de rotation sont, au moins en partie, à peu près parallèles à l'axe du cylindre et tournent en sens opposés. Mais on peut aussi prendre des dispositions pour qu'il se produise un seul tourbillon ou plus de deux tourbillons, ou encore deux tourbillons ayant le même sens de rotation. Dans le cas de plusieurs tourbillons, tous peuvent avoir le même sens de ro- tation ou encore tourner dans des sens différents.
L'invention peut aussi être appliquée à des moteurs pistons opposés. La surface du piston opposé qui est tournée vers la chambre de combustion, a alors la conformation de cette partie du fond de cylindre 8 représentée dans le dessin.
Au lieu d'être inclinée par rapport à l'axe du cy- lindre, l'injecteur 7 peut être disposé parallèlement à celui-ci.
Le plan des axes des soupapes peut passer par l'axe du cylindre au lieu d'être excentré par rapport à lui.
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Les surfaces planes et les bords droits des éléments produisant le tourbillonnement 10,11, 12, 13, 14 donnent lieu à un usinage simple.
Quand la disposition comporte plus de deux soupapes, on peut disposer plus d'un seul bourrelet 12 pour diriger le tourbillonnement.
L'effet signalé plus naut subsiste même avec un combustible gazeux, de sorte que l'invention n'est limitée aucun combustible particulier.
Au lieu d'être placé sur le piston, le bourrelet de refoulement 12 peut, dans le même ordre d'idée, être prévu sur le fond de cylindre.
Revendications:
1. Chambre de combustion pour moteurs à combustion interne comportant un refoulement produit par le ou les pistons, caractérisée par le fait que l'effet de refoulement donne naissance à au moins un tourbillon dont l'axe de ro- tation, éventuellement courbe, se tourne au moins en partie à peu prés parallèle à l'axe du cylindre.
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Combustion chamber for internal combustion engines,
The invention relates to combustion engines of all cycles and relatively high number of revolutions.
In order to have satisfactory operation with as little excess air as possible, in particular in internal combustion engines consuming liquid fuels, the injected fuel jets are not allowed to form the mixture alone, but this formation is encouraged by forced stirring. air.
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This is achieved, among other things, by using the push-back effect of the moving piston or of the combined moving pistons.
In certain known arrangements, an example of which is shown in FIG. 1 of the drawing, the combustion chamber is provided in whole or in part in the piston 4 and, most often, adapted to a given form of jet.
In order to impart as high a flow velocity as possible to the combustion air or to the combustible mixture compressed by the driving piston as they enter the combustion chamber shortly before reaching the final compression position, the opening of the combustion chamber is often a little narrowed; a favorable relationship is also established by this means between the surface of the piston and the surface of the inlet of the combustion chamber
The trends in the construction of explosion engines are oriented towards large powers per liter. They can be achieved, on the one hand, by increasing the average driving pressure, for example by over-compression, and, on the other hand, by increasing the number of engine cycles.
But experience has shown that this number cannot be increased at will because of the maximum allowable for the average speed of the piston. Finally, the increase in driving pressure is also limited by the thermal load which results therefrom for the distribution members and
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the piston rings.
In addition to the increase in power obtained by excess pressure, a further increase can be achieved by sweeping the combustion chamber; but this requires a certain mutual recovery of the opening times of the distribution bodies.
Arrangements are known comprising a sweep in which the valves 1 have the same axis and move in opposite directions in the combustion chamber, as shown in FIG. 2 of the drawing. It is thus possible to sweep the combustion chamber well, but it is not possible to achieve effective cooling of the bottom of the piston, which is an essential condition due to over-compression. On the other hand, the combustion chamber is bathed in the cooling medium almost over its entire surface, so that in addition to the inevitable heat losses, it is difficult to achieve good combustion.
In fact, this arrangement of the engines could never be imposed
The sweeping could be carried out in the first arrangement mentioned above, represented by fig.l, by arranging therein the recesses corresponding to the valves.
However, the resulting subdivision of the combustion chamber would not allow the formation of a favorable mixture.
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The object of the invention retains the advantages of the arrangements which have just been discussed, but to a large extent avoids their drawbacks.
The invention is shown in figs. 3 to 8 of the drawing by two exemplary embodiments on a four-stroke diesel engine, each of these examples comprising an inlet valve if one and an exhaust valve.
Fig. 3 shows a first arrangement by a section made through the cylinder along line III-III of FIG. 5.
Fig. 4 is the corresponding section of the cylinder along line IV-IV of figs. 3 and 50
Fig. 5 represents the piston of figs. 3 and 4 seen from above.
Fig. 6 shows a second embodiment with the injection pipe placed on the opposite side, by a section made along the line VI-VI of FIG. 7.
Fig. 7 shows the piston of the pin 6 seen in plan.
Fig 8 shows the piston with the bottom of the cylinder, parune section taken along line VIII-VIII of figo7, seen in the direction of arrows A;
Figo 9 is a flow velocity diagram.
In the arrangements represented by FIGS. 3 to 8, the axes of the valves 1 lie in a plane which is eccentric with respect to the median plane of cylinder 2,
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the spacing of the two planes being g, as shown in fig. 4. Let, for example, * = 15 be the inclination of the valve axes with respect to the axis of cylinder 2, In the fully open position, the valve heads 3 almost touch each other, as shown in lines. interrupted in fig. 3. The cylindrical recesses 5 in the bottom of the piston 4 required by the lifting of the valves are traced to provide a technically favorable combustion chamber from a flow and manufacturing standpoint.
This arrangement ensures a clean sweep and good cooling of the combustion chamber. The injector 7 is arranged, as shown in Figs. 4 and 6, in the bottom of cylinder 8, on the side of the axis of cylinder 2 and in an oblique position relative to the latter. With a multi-port injector, the entire combustion chamber can be swept in this way.
To improve the formation of the mixture, a double cross-stream having a high speed is established. This current is produced by a small discharge surface 10 (figs. 4,5,6,7) combined with an opppsée surface 11 provided in the bottom of cylinder 8. In order to make the discharge air take the direction and speed desired, the delivery chamber is limited by an elevation 12 forming a bulge which has at its two ends openings 15 opening into the recesses corresponding to the valves 5.
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The fuel injection is carried out, with the arrangement of the injector shown in FIG. 4, approximately in the same direction as the flow of the discharged air, and rather in the opposite direction to this flow with the arrangement of the injector shown in FIG. 6. The edge 13 of the bead 12 and the edge 14 of the cylinder base 8, which combine to limit the delivery chamber, pass one in front of the other, leaving between them an interval of less than one millimeter. The upper edge 13 of the bead 12 arrives at the height of the lower edge 14 of the surface 11 of the cylinder base which faces it (figs. 4 and 6), when the crank occupies a position situated at approximately 30-40 in front of the top dead center.
The most favorable flow velocity in the combustion chamber and hence a very good mixture can be achieved by establishing a determined relationship between the distances h, i and k and by giving a special conformation to the passages offered at the flow.
The diagram in fig. 9 shows the variation of the flow speed at point 15 of the piston as a function of the position of the crank for a determined number of revolutions; curve 16 corresponds to the presence of a bead 12, curve 17 to the absence of such a bead. The extremely favorable effect produced by the member limiting the delivery chamber or bead 12, emerges from this diameter.
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gram and was evidenced by measurements made on a test engine.
The arrangement which has just been described and the direction imposed on the currents of air entering the combustion chamber at their periphery so that they run along, by their periphery, the approximately cylindrical walls 20 of the corresponding recesses. spondant to the valves 5, give birth to two very grazing vortex currents whose axes of rotation are, at least in part, approximately parallel to the axis of the cylinder and rotate in opposite directions. However, arrangements can also be made for a single vortex or more than two vortices to occur, or even two vortices having the same direction of rotation. In the case of several vortices, all can have the same direction of rotation or even turn in different directions.
The invention can also be applied to opposed piston engines. The surface of the opposite piston which is turned towards the combustion chamber then has the shape of that part of the cylinder base 8 shown in the drawing.
Instead of being inclined with respect to the axis of the cylinder, the injector 7 can be arranged parallel to the latter.
The plane of the valve axes can pass through the cylinder axis instead of being eccentric with respect to it.
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The flat surfaces and the straight edges of the elements producing the swirl 10,11, 12, 13, 14 give rise to simple machining.
When the arrangement has more than two valves, more than one bead 12 may be provided to direct the swirl.
The reported more nautical effect remains even with a gaseous fuel, so that the invention is not limited to any particular fuel.
Instead of being placed on the piston, the delivery bead 12 can, in the same vein, be provided on the cylinder base.
Claims:
1. Combustion chamber for internal combustion engines comprising a discharge produced by the piston or pistons, characterized in that the discharge effect gives rise to at least one vortex whose axis of rotation, possibly curved, is rotates at least in part approximately parallel to the axis of the cylinder.