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" Moteur à combustion interne "
Dans la construction et la conception des moteurs à combus- tion interne, le problème essentiel est d'éviter les effets nui- sibles et destructifs de la. chaleur développée par les gaz de combustion sur les parois et les parties adjacentes de la chambre de combustion, et d'assurer la marche convenable du moteur pendant le plus longtemps possible.
Deux principes différents ont été suivis pour obtenir ce résultat. La première méthode consiste à éliminer aussi rapidement que possible la chaleur absorbée par les parties métalliques for- mant et entourant la chambre de combustion. Cette élimination se fait dans de meilleures conditions lorsque les parois de la chambre
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de combustion et les têtes des parties du moteur s'y mouvant sont fabriquées avec des métaux à haute conductibilité thermique, par exemple avec des alliages de métaux légers pour la culasse du cylindre et en fonte ou en acier pour les cylindres et les soupa- pes. Afin d'éviter la carbonisation et que des dépôts se produisent, les métaux légers peuvent être protégés ou remplacés par des alliages spéciaux plus lourds et d'un calorifugeage plus élevé.
C'est ainsi qu'on a, utilisé le bronze d'aluminium pour les culasses et les aciers chrome-nickel pour les cylindres et les têtes de pistons. Les cylindres furent munis de revêtements en métaux plus réfractaires permettant ainsi que les chemises extérieures soient en fonte ou en alliages de métaux légers ; faut prendre soin que dans de tels cylindres avec chemises, le rapide flux calorifique vers l'extérieur ne soit pa,s perturbé.
Bien que les métaux légers soient protégés jusqu'à un certain point parde telles dispositions, celles-ci n'éliminent pas d'autres désavantages inhérents à une chambre de combustion entourée de métal. Ces désavantages sont, par exemple, une augmentation exces- sive de la température des pa,rois de la chambre produisant des points chauds perturbant la combustion et les tensions se trouvant dans les surfaces métalliques exposées directement aux gaz de com- bustion, tensions qui créent des déformations et peuvent conduire à des fissures. Afin d'éviter les frottements entre le cylindre et les segments et le risque de grippage du piston, il a été nécessai- re de maintenir un jeu assez important entre ces éléments.
Ceci, en retour, facilite l'échappement de l'huile autour du piston dans la chambre de combustion du moteur, ou, réciproquement, l'échappe- ment du combustible du piston dans le carter, réduisant ainsi la dépense d'énergie du moteur.
Il y a également une perte directe d'énergie inhérente à ce genre de moteurs, causée par la quantité considérable de chaleur
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de combustion évacuée par les métaux conducteurs de chaleur de la chambre de combustion et de la tête de piston, chaleur qui est perdue pour la production d'un travail utile.
La deuxième méthode générale s'efforce d'éviter les dés- avantages qui viennent d'être énumérés. Cette méthode consiste à calorifuger jusqu'à un certain point, la chambre de combustion et la, tête de piston métallique et réfractaire en diminuant les surfaces de contact calorifique entre la zone de combustion pro- prement dite et les parties environnantes du moteur. Ce calorifu- geage a été exécuté, soit en intercalant un matériau calorifuge entre les revêtements métalliques et les parois métalliques exté- rieures du cylindre et la chambre de combustion, de même qu'entre la tête et le corps du piston, ou en recouvrant certaines surfaces de la chambre de combustion et du piston avec un matériau calori- fuge.
Cette méthode ne pouvaitdonner de bons résultats, du fait que le passage de la chaleur de la zone de combustion dans le corps du moteur n'était pas arrêté, mais que la chaleur était simplement canalisée dans quelques raccords. On n'a pas trouvé que, d'après ces méthodes, la chaleur fut beaucoup plus accumulée dans les surfaces conductrices et les dispositifs métalliques de fixation que dans les conceptions de la. chambre habituelle. Plus les raccords et les dispositifs métalliques seront petits, plus grande y sera la chaleur. En conséquence, ces raccords métalliques étroits sont portés à de si hautes températures qu'ils enflamment le mélange de carburant, produisant ainsi un auto-allumage et perturbant complètement le processus normal de combustion; il en résulte que les pa,rties mobiles du moteur ne fonctionnent plus normalement.
Le but principal de l'invention est de fournir une chambre de combustion qui réduise vraiment la déperdition de chaleur produite par les gaz de combustion à travers les parois de la
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culasse et du piston.
Un autre but de l'invention est de fournir une chambre de combustion et une tête de piston qui réduisent les échanges de chaleur parasitaire entre les parois de la dite chambre et les gaz de combustion. L'expression "chaleur parasitaire" désigne la chaleur prise des gaz de combustion en contact avec les parois métalliques de la chambre, soit par conduction ou radiation, ou par convection, c'est-à-dire la. perte d'énergie thermique qui serait autrement transformable en travail utile.
D'autres buts et avantages apparaîtront à la lecture de la description et des revendications ci-après.
Suivant l'invention, les surfaces métalliques des parois entourant la chambre de combustion proprement dite, c'est-à-dire les parties du moteur les plus directement exposées aux tempéra- tures les plus élevées des gaz de combustion, sont complètement recouvertes d'un matériau réfractaire et calorifuge, de telle manière que la transmission directe de la. chaleur développée dans la zone de combustion soit interceptée autant que possible ou res- treinte à un minimum et que les échanges de chaleur parasitaire entre la zone de combustion et les parois soient considérablement limités.
La principale différence entre la chambre de combustion et le piston faisant l'objet de l'invention, et les solutions anté- rieures du problème dont il est question, peut être définie comme suit : précédemment, les parois de la chambre de combustion et la tête du piston étaient soit pourvues de pièces protectrices réfractaires qui n'étaient pa,s calorifugées mais devaient l'être au moyen des parties métalliques; ou, si elles étaient recouvertes d'un matériau calorifuge, ce dernier était fixé aux parties métal- liques au moyen de brides métalliques ou d'un dispositif de fixation métallique agissant comme absorbeurs de chaleur.
Dans les deux cas,
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les parties métalliques directement exposées à la chaleur des gaz de combustion se trouvaient surchauffées, du fait que la chaleur absorbée qui y était accumulée ne pouvait pas être élimi- née assez rapidement. Selon l'invention, on a complètement supprimé le métal, sous toutes ses formes, sur les surfaces d'une paroi entourant la chambre de combustion et exposées aux chocs des gaz; les revêtements réfractaires sont soit fixés aux dites parois sans dispositifs ,métalliques , ou si de tels dispositifs sont employés, ils sont placés de manière à ne pa,s interrompre l'uniformitédes surfaces réfractaires.
La chambre de combustion et le piston, selon l'invention, ont de multiples avantages. Du fait de l'élimina.tion ou de la réduction des pertes de chaleur à travers la masse métallique de la chambre de combustion et du piston, on économise une certaine quantité d'énergie qui peut être utilisée pour améliorer la con- sommation d'énergie du moteur. Ainsi qu'on peut en juger facile- ment d'après le croquis entropique habituel, l'énergie pouvant être récupérée de cette manière est de l'ordre de 15 à 20% de l' énergie totale développée par le carburant de combustion; appliqué, par exemple, à un moteur d'aviation, cela veut dire que sans autres changements dans la construction du moteur, l'énergie pourra être augmentée.d'environ 15% avec la même consommation de carburant.
Un avantage particulier de la nouvelle structure de la cham- bre de combustion et du piston réside dans le fait que les tensions thermiques sont notablement diminuées. Comme conséquence, le moteur peut être construit en métal plus léger, les éléments réfrigérants peuvent être limités à un minimum, et, naturellement, les désavan- tages qui sont généralement inhérents à ces éléments peuvent être évités. Le jeu entre le cylindre et les segments peut être réduit et on obtient un rendement meilleur et plus compact du piston.
Puisque le piston lui-même est maintenu à des températures relative-
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ment basses, la carbonisation sera considérablement diminuée sur ses deux côtés et le graissage amélioré, ce qui diminuera le coefficient de frottement et la quantité d'huile de graissage né- cessaire. Les dépôts de gomme et de carbone sont évités et on assure ainsi un meilleur entretien des segments et des éléments reliant les différentes parties de la chambre, tels que raccords de la culasse, etc...
La plupart des matériaux connus, réfractaires à la chaleur, conviennent pour procurer des surfaces calorifuges. Exemples : le quartz, l'asbeste, le ciment amiante, l'asbeste ligniforme, l' alumine, le zircone, le graphite, les émaux à haute température, ainsi que ces matériaux mélangés entre eux ou avec d'autres subs- tances, de même que les produits synthétiques qui sont en même temps résistants à de très hautes températures et d'une basse conductibilité. Un intérêt particulier est présenté par un revê- tement de quartz dans lequel des particules de métal sont répar- ties d'une manière telle que la surface extérieure du revêtement se compose uniquement de quartz, tandis que celle en contact avec la. base métallique se compose essentiellement de métal.
Ces substances peuvent être employées sous n'importe quelles formes appropriées, telles que plaques, feuilles ou disques, ou autres éléments de formes spéciales qui sont maintenus, d'une ma- nière permanente ou détachable, sur les parois de la chambre de combustion et/ou sur les disques et tiges de soupapes, et sur la tête du piston, au moyen d'écrous et de boulons, de rivets, etc...
Les têtes des boulons ou des rivets sont placées dans le matériau calorifuge de telle façon qu'elles sont protégées contre un con- tact direct avec les gaz de combustion, ou elles peuvent être également recouvertes d'une couche de même matériau calorifuge ou d'un matériau similaire, ceci pour éviter que les boulons et les rivets agissent comme conducteurs de la chaleur envers les
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parties métalliques du moteur.
La couche calorifuge et réfractaire de protection peut être cimentée sur les surfaces métalliques sousjacentes d'une manière permanente au moyen de couches agglomérantes intermédiaires. Les émaux vitreux à base de borax, ou des compositions contenant des silicates, du kaolin, etc... sont des compositions agglomérantes bien connues dans l'art d'agglomérer et de sceller des corps céramiques à des métaux. Le vernis ou l'émail doivent être choisis au point de vue de la vitrification qui doit avoir lieu à une tem- pérature au-dessous du point de fusion du métal dont son composées les parties du moteur devant être recouvertes.
L'agglomérant entre les parties métalliques et le corps anti-conducteur peut être ren- forcé en assemblant des surfaces de formes irrégulières ou à con- tact rugueux ou en munissant celles-ci de nervures et de rainures profilées, etc...
Une autre méthode ayant pour but de fournir une couche de protection intégrante au métal, utilise le principe de la métal- lisation en pulvérisant le matériau sur les surfaces métalliques à de hautes températures.
Le matériau calorifuge et réfractaire peut également, à l'état très fin, par exemple en poudre, être pulvérisé à la tem- pérature ambiante ou à des températures plus élevées, sur les surfaces métalliques dans lesquelles il se trouvera encastré. La pulvérisation du matériau doit être faite de telle manière que l'adhésion à la première couche encastrée dans le métal s'obtienne par un contact moléculaire et par prise. La, cohésion finale et la structure du ma,tériau pulvérisé peuvent être faites en y mélangeant un agglomérant fondu par un traitement thermique subséquent.
Une couche protectrice de matériau calorifuge et réfractaire peut également être fournie sous une forme spongieuse. Par exemple, si le graphite est employé comme matériau, le graphite pourra être
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appliquésous une forme spongieuse qui sera obtenue en comprimant un mélange de graphite et de poudre de zinc et en traitant ce mélange comprimé avec 25% d'acide sulfurique à environ 95 C. Il se forme du sulfate, de zinc qui est dissout, par exemple, par un traitement à la vapeur et qui laisse le graphite sous forme d'une ma.sse poreuse cohérente.
Plusieurs réalisations de l'invention sont illustrées, à titre d'exemple, aux dessins ci-joints.
Les Figs. 1 à 5 représentent des coupes de chambres de com- bustion incorporant différentes variantes de réalisation de l' invention.
Les Figs. 6 à 10 montrent, séparément, diverses dispositions du piston selon l'invention.
La Fig. 11 montre, séparément, en coupe verticale, deux parties d'un disque calorifuge spécifique;
La Fig. 12 représente une coupe partielle en élévation d' un piston équipé avec le disque calorifuge fini,de la Fig. 11.
La Fig. 13 montre en élévation verticale latérale, une coupe pratiquée dans un moteur à combustion interne, dans lequel la, chambre de combustion et le piston sont pourvus de revêtements calorifuges, selon la Fig. 11.
La Fig. 14 représente une coupe partielle du cylindre et du piston d'un moteur Diesel avec une chambre de pré-combustion montrant une incrustation calorifuge et réfractaire dans la surface de la tête de piston, face à l'entrée des ga.z de pré- combustion.
Les Figs. 15 à 17 montrent, à une plus grande échelle, des coupes partielles de parois d'une chambre de combustion il- lustrant le point de raccord de la. couche protectrice à la culasse.
Les Figs. 18 à 20 représentent, moitié en vue latérale et moitié en élévation latérale vue de côté, différentes soupapes
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comprises dans l'invention.
Dans les Figs. 1 à 5, 1 désigne le piston, 2, le cylindre et 3, la culasse. La paroi intérieure supérieure du cylindre et les parois de la culasse sont recouvertes d'une couche d'un matériau réfractaire et calorifuge qui peut être appliqué selon une des méthodes décrites plus haut, c'est-à-dire, par pulvérisation ou par cémentation.. Un modèle simple de piston complète- ment protégé se compose d'un piston muni à son extrémité supérieure d'un épaulement annulaire soutenant le rebord annulaire correspondant d'un disque en matériau calori- fuge et réfractaire. Le rebord est fileté intérieurement afin que le disque puisse se visser comme un couvercle sur l'épaulement fileté s'adaptant au piston.
Dans le piston montré en Figure 1, la tête de piston est munie sur toute sa surface d'un disque 4 en matériau réfractaire et calorifuge. Un segment 5 est placé dans des logements annulaires ménagés dans les parois latérales de la tête de piston et du disque pro- tecteur et s'engage par un épaulement 6 en forme de coin dans une des rainures du disque. Le segment 5 est tenu en position par une vis 6'. La paroi intérieure supérieure du cylindre et les parois de la culasse sont entièrement recouvertes d'un revêtement 7 en matériau calorifuge et réf ractaire .
Dans la variante de l'invention représentée en
Figure 2, les revêtements 8 et 9 en matériau réfractaire et calorifuge sont fixés aux parois du piston et de la chambre par des nervures dentelées s'ajustant dans les rainures appropriées des parties métalliques. Une couche
17 d'émail vitreux peut être placée entre les revêtements et les surfaces métalliques, afin d'obtenir ainsi un
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agglomérat permanent, tel qu'il est indiqué, par exemple, entre la tête de piston et le disque de protection 8.
A titre d'exemples, on peut donner les composi- tions ci-après pour des émaux appropriés :
Email. point de fusion 800 C.
EMI10.1
<tb>
Borax <SEP> ................. <SEP> 45
<tb>
<tb>
<tb> Quartz <SEP> ............ <SEP> 25
<tb>
<tb>
<tb> Silex <SEP> ............ <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Feldspath <SEP> ........... <SEP> 16
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> potasse <SEP> .. <SEP> * <SEP> . <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Salpêtre <SEP> ........... <SEP> 2,75
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> cobalt <SEP> ........ <SEP> 2,75
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dioxyde <SEP> de <SEP> manganese <SEP> ..... <SEP> 2,75
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> fer <SEP> ......... <SEP> 0,25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Email, <SEP> point <SEP> de <SEP> fusion <SEP> 10000 <SEP> C.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Silice <SEP> ........... <SEP> 46
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Alumine <SEP> ........... <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb> Chaux <SEP> ........... <SEP> 6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soude <SEP> ............ <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb> Potasse <SEP> ......... <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Magnésie- <SEP> 20
<tb>
La Figure ? représente une chambre de combustion et un piston dans lesquels les plaques de protection 8 et 9 en matériau réfractaire et calorifuge sont fixées aux parois métalliques par des boulons 10 et des écrous 11.
Les têtes des boulons sont fraisées dans les couvercles calorifuges; les tiges des boulons traversent les parois de la culasse et la tête du piston et se montent de l'extérieur. De cette manière, tout contact des gaz de combustion avec les boulons métalliques est évité.
La Fig. 4 illustre une autre variante dans la- quelle un segment 12 en matériau calorifuge et réfrac- taire est encastré dans un épaulement 13 de la paroi du cylindre et s'étend verticalement afin de couvrir une parties des parois latérales de la culasse 3. Un revête- ment réfractaire et calorifuge 14 est fixé à l'intérieur du sommet de la culasse afin de protéger complètement les parois de celle-ci contre tout contact avec les gaz de combustion.
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Ainsi qu'il a, été indiqué pour la tête de piston, les revê- tements de protection peuvent être fixés aux bases métalliques par des rivets 15 traversant les dits éléments, la culasse et la tête du piston. Les têtes des rivets sont fraisées dans les revêtements de protection et protégées par une couche ou un tampon du même matériau réfractaire et calorifuge ou d'un matériau similaire.
Dans la, Fig. 5, la paroi du cylindre est protégée par un segment 12 et la culasse 3 est entièrement faite en matériau ré- fractaire et calorifuge. La couche 16 forme une partie intégrante de la tête de piston et y est appliquée par exemple en pulvérisant un matériau réfractaire d'une basse conductibilité à des tempéra- tures élevées, de préférence à l'état incandescent. L'épaisseur de cette couche calorifuge variera, comme dans tous les autres cas, suivant les conditions de travail auxquelles le moteur sera soumis.
Dans la variante de l'invention montrée en Fig. 6, la tête de piston 1 est creusée et munie d'un rebord 7 fileté vers le centre dans lequel est vissé le disque fileté correspondant 2, en matériau réfractaire et calorifuge. Comme on peut le voir par l' examen du dessin, on a laissé un jeu 8 entre le disque 2 et la surface du piston 1, jeu qui augmentera le calorifugeage et peut communiquer avec l'intérieur du piston et le carter.
Afin d'améliorer le rendement du moteur, des moyens spéciaux et supplémentaires peuvent être prévus pour refroidir les surfa.ces ou l'intérieur du piston.
Par exemple, l'intérieur du piston pourra être refroidi au moyen d'un jet de fluide gazeux ou liquide projeté contre le revers du disque calorifuge. Le fluide réfrigérant peut être re- cueilli afin de récupérer et d'utiliser l'énergie calorifique absorbée. Des rainures et des nervures peuvent être prévues, par
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exemple, sur le revers du disque calorifuge, afin d'améliorer l'effet réfrigérant.
Il est possible également de prévoir un refroidissement de la tête de piston au moyen de la circulation intérieure d'un fluide.
Ainsi qu'il est représenté à la Fig. 7, une tête de pis- ton 1, revêtue d'une couche 2' d'un matériau réfractaire à basse conductibilité thermique, est prévue avec un canal 19 pour la circulation d'un fluide réfrigérant. Ce canal 19 traverse la partie métallique du piston en direction axiale et continue en direction perpendiculaire jusqu'à l'axe du piston à travers la couche 2'.
Les revêtements à très basse conductibilité thermique sont fabriqués de préférence avec un matériau non-méta.llique et réfrac- taire à la chaleur, tel que le quartz ou une quelconque des subs- tances ou mélanges cités précédemment. Cependant, il est également possible de fabriquer ces dites parties avec un matériau réfrac- taire à très basse conductibilité contenant des adjonctions de métal, pourvu que le matériau, dans son ensemble, conserve la basse conductibilité thermique d'un calorifuge non-métallique.
De tels métaux contenant des éléments calorifuges et réfractaires peuvent être préparés en incrustant une ou plusieurs couches de métal dans le matériau calorifuge. Les Figs. 8 et 9 illustrent des réalisations de cette variante de l'invention.
Selon la Fig. 8, la partie calorifuge 2' de la tête de piston est composée de couches alternées de matériau non-métalli- que calorifuge et réfractaire et de feuilles perforées 25 d'un métal réfractaire. Les feuilles perforées sont placées de préfé- rence de telle manière que les perforations des diversesfeuilles superposées se trouvent disposées en quinconces les unes par
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rapport aux autres. La partie 2' ainsi composée est reliée à la tête de piston 1 suivant le même procédé que décrit précédemment pour les simples couches isolantes. Cette disposition stratifiée a pour but d'augmenter la résistance de la partie calorifuge du piston.
Dans la variante de la Fig. 9, la, feuille perforée 25 est remplacée par un réseau métallique ou treillis 26.
La Fig. 10 montre une variante dans laquelle la partie calo- rifuge et réfractaire protégeant la tête de piston est représentée par un composé comprenant une couche intérieure poreuse d'un maté- riau calorifuge et réfractaire faisant corps avec une épaisse couche superficielle du même matériau calorifuge et réfractaire, ou d'un autre.
Dans l'exemple représenté, le disque 2 est muni d'un filet venant s'adapter sur le filet intérieur de la tête de piston. Il est évident qu'un tel disque ayant cette structure poreuse peut être fixé à la tête de piston de manière toute différente, ainsi qu'il l'a été décrit pour les simples disques.
La partie 2 peut être composée de graphite poreux, préparé comme décrit plus haut, et la surface 2' peut consister en une couche de quartz ou de tout autre matériau approprié et fixé au disque de graphite inférieur par un agglomérant, pulvérisation, etc...
En fonctionnement, la couche poreuse 2 sera alternativement comprimée et dilatée. Pendant la compression, le fluide contenu dans les pores sera pressé vers l'extérieur et renverra. par con- tact les calories qu'il a, prises au matériau composant les parois des pores.
Lorsque la pression sur la couche 2 diminue, la couche poreuse comprimée 2' se détend, ce qui produit une absorption du fluide dont la. température est plus basse que celle des gaz de
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combustion, et provoque un refroidissement sur/et dans l'élément protecteur 2, 2'.
Dans toutes les variantes de cette invention, le matériau calorifuge et réfractaire, employé pour le revêtement isolant, a un point de fusion plus élevé que le métal isolé. Quoique, en raison de la surface calorifuge, la surface agglomérante, s'il y en a une, ainsi que le métal de la. chambre de combustion et/ou celui du piston, ne soient , exposés qu'à des températures relativement basses et, par conséquent, protégée contre de grandes tensions calorifiques, les différents matériaux utilisés pour la fabrication de la nouvelle chambre de combustion et/ou du piston, c'est-à-dire le métal pour le corps du piston, le matériau non- métallique pour la surface calorifuge et réfractaire de la.
tête, et l'adhésif, sont choisis et adaptés de préférence pour avoir substantiellement les mêmes ou approximativement les mêmes coëffi- cients de dilatation thermique, ou tout au moins n'ayant pas une trop grande différence.
Un revêtement particulièrement approprié est représenté dans les Figs. 11 à 13 ; se compose essentiellement d'un mélange de quartz fritté ou fondu et de métal, dont les éléments sont répar- tis de telle sorte que la surface extérieure contre la,quelle les gaz de combustion viennent frapper est essentiellement en quartz pur et la surface intérieure, réunie aux parties à protéger, en- tièrement ou en grande partie en métal. Si l'élément métal de la composition se compose du même métal que celui formant la partie à protéger ou qui y est contenu, la dite partie à protéger et le côté du revêtement qui se trouvent réunis, auront substantiellement les mêmes coefficients de dilatation thermique, ce qui évitera, des tensions entre la couche de protection et la base métallique.
Une diminution graduelle du métal contenu dans le revêtement empêche de trop grandes tensions thermiques de se produire dans le dit
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revêtement.
Puisque le revêtement présente une surface extérieure en- tièrement composée de quartz, il se comporte comme un parfait 'calorifuge et empêche toute conductibilité métallique thermique, c'est-à-dire une perte d'énergie thermique entre la chambre de combustion et les parties métalliques du moteur.
La disposition illustrée par la Fig. 11 comprend un disque
1 en quartz fondu ou fritté et un disque 2 contenant des particu- les de métal réparties dans le quartz fondu ou fritté. Comme il l'est clairement indiqué dans le dessin, les particules de métal sont réparties dans le dit disque 2 de telle façon que la compo- sition du fond se compose entièrement ou en grande partie de métal et celle du haut complètement ou en grande partie de quartz, la, teneur en métal diminuant graduellement vers le haut.
Une méthode adéquate pour la fabrication d'un disque, tel que représenté en Fig. 12, est la suivante :
Des granules de quartz et d'un métal approprié, par exemple, du fer, sont versés dans un moule en prenant soin que la couche la plus profonde se compose essentiellement de particules de métal et que la proportion des dits granules de métal dans les couches suivantes diminue graduellement jusqu'à ce que les couches supé- rieures ne contiennent que du quartz. Le mélange est rendu compact pa,r une pression d'environ 25 t. par cm , puis retiré du moule.
Un disque de quartz 1 est ensuite placé sur la. surface de quartz du disque 2 et les disques assemblés sont chauffés à une température suffisante pour que le quartz et les particules de métal du disque 2 s'agglomèrent ou se fondent ensemble pour amener une solide cohésion des surfaces de quartz des deux disques. Une température d'environ 1500 à 1550 C. est une température adéquate pour obtenir une agglomération ferme du quartz et des particules de métal. L'on obtient ainsi un seul disque compact 3, dont la
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partie supérieure est composée de quartz fondu ou fritté et dont la partie inférieure contient une quantité de métal plus grande à mesure qu'elle se dirige vers le bas, et une surface inférieure composée pratiquement de métal pur.
Ce disque 3 est fixé au piston 4 en le brasant ou en le soudant avec de l'argent, par exemple.
Dans cet assemblage, le coefficient de dilatation thermique de la, surface du disque protecteur est pratiquement de zéro, et la surface réunie au piston a le même coëfficient de dilatation que le piston lui-même.
L'application, selon l'invention, d'un revêtement à la, cham- bre de combustion d'un moteur à combustion interne est indiquée à la Fig. 13, où 4 désigne le piston, 5,le cylindre, 6 la culasse, et 7 les soupapes. La partie supérieure des parois du cylindre, la, culasse, la tête de piston et les têtes de soupape sont revê- tues de la composition 8 consistant en un mélange de quartz fritté et de fer. Comme on peut le voir d'après le croquis, les particu- les de fer ne sont pas réparties uniformément dans le revêtement, mais stratifiées de façon à ce que la surface du revêtement se compose de quartz pur, tandis que la surface de contact avec les bases de métal se compose essentiellement de fer.
D'autres métaux que le fer peuvent naturellement être répa.r- tis dans le quartz, de préférence ceux qui se fondent ou se frit- tent à le, même température que le quartz.
La Fig. 14 représente une variante de l'invention s'appli- quant aux moteurs Diesel ou semi-Diesel, munis d'une chambre de pré-combustion 21 dans laquelle la combustion commence et d'où elle est propagée par la gorge 22 dans le cylindre 23.
Dans une telle disposition, le jet de gaz brûlant frappe la tête de piston 1 dans une zone bien définie, soumise par conséquent à de très grandes tensions thermiques. Ces tensions thermiques peuvent amener des fissures et même la destruction complète de la
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dite zone.
Selon l'invention, cette zone de la tête de piston 1, est protégée par une pièce 2" en matériau réfractaire et ca.lorifuge, qui est encastrée dans la surface de la tête de piston. Comme montré dans cette Figure, cette pièce 2" peut être vissée dans un trou ou un logement fileté prévu dans la surface de la tête de piston. Il est évident que la, fixation peut se faire par d'autres moyens, tels que le montage par boulons ou par ressorts.
Au lieu d'encastrer un morceau de matériau calorifuge dans la couronne d'un piston d'un moteur Diesel, tel que décrit avec référence à la Fig. 14, l'une quelconque des autres variantes représentées et décrites plus haut peut être utilisée pour les pistons du moteur Diesel.
Les Figs. 15 à 17 montrent diverses surfaces agglomérées entre la couche de calorifuge et le métal. Une méthode adéquate pour obtenir un agglomérat ferme entre ces surfaces est la suivante :
Un élément 18, façonné d'une manière appropriée ayant une surface rugueuse (Fig. 16) ou muni de nervures (Fig. 15) ou de rainures (Fig. 17) ou une toute autre surface renforçant l'agglo- mérat final, est fait d'un matériau calorifuge et réfractaire ayant un point de fusion plus élevé que le métal. La surface,de l'élément 18 qui sera en conta,et et aggloméré avec la surface métallique, est enduite d'une couche 17 d'un émail vitreux ayant un point de fusion moins élevé que le métal. L'élément 18 est ensuite placé au fond du moule dans lequel est placée la partie métallique, le piston par exemple.
Il sera facile à comprendre que le métal fondu qui sera versé dans le moule remplira les rainures ou tous autres logements que comporte l'élément 18, pour obtenir un agglomérat et produira la fusion de la couche 17. En se refroidissant, l'émail se solidifie et produit un excellent et permanent liant entre le revêtement
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calorifuge 18 et le métal 19.
Dans la Fig. 16, la surface extérieure du matériau réfractai- re a été vitrifiée par un traitement calorifuge approprié, afin que les gaz de combustion rencontrent une surface 20 absolument lisse.
Les considérations concernant les avantages obtenus en ca,lori- fugeant entièrement les parois de la chambre de combustion et la tête du piston contre les gaz de combustion s'appliquent également aux soupapes. Cependant, il est souvent très difficile d'éviter des cassures sur les côtés des disques des soupapes en contact avec les sièges de soupapes, et causées par les chocs successifs et répétés lors de l'ouverture et de la fermeture des soupapes. Par conséquent, il est préférable de n'appliquer un enduit réfractaire et calorifuge que sur les surfaces de la tête et/ou sur les tiges des soupapes, enduit qui contribue par lui-même à protéger la, soupape et à augmenter sa durée (Fig. 18).
Dans ce cas, les sièges de soupapes présentés par la culasse doivent être établis de façon appropriée afin de permettre la trans- mission aussi rapide et complète que possible de la chaleur absorbée, à la partie métallique de la culasse. Il y a lieu de prendre soin d'éviter les sections transversales étroites qui arrêteraient l' écoulement régulier de la chaleur à travers la, culasse et produi- raient des zones surchauffées. Par conséquent, il convient de ne pas utiliser comme sièges de soupapes, de petits segnents ou brides métalliques entièrement ou partiellement calorifugées par rapport à la culasse. La surface entière du siège de soupape devrait de préférence être une partie intégrante de la partie métallique de la culasse, ainsi qu'il est indiqué en Figs. 1 à 4.
La Fig. 19 montre une soupape établie entièrement en un matériau réfractaire et calorifuge 21, renforce par des armatures métalliques 23.
La Fig. 20 représente une variante d'une soupape calorifugée,
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dans laquelle la soupape est munie de nervures et de poches d'air 24, au-dessus desquelles est disposé le disque calorifuge 22, un espace d'air étant également laissé entre la tige et son revête- ment réfractaire. Cette disposition diminue le poids de la soupape et évite les tensions entre le métal et le revêtement.
Diverses réalisations de l'invention ont été indiquées dans le seul but de les illustrer. L'homme du métier comprendra aisé- ment que le revêtement peut être préparé et fixé aux parties devant être protégées, par d'autres moyens, sans se départir de l'esprit de l'invention ou de la portée des revendications annexées.
Par exemple, il n'est pas nécessaire que la tête du piston et le disque protecteur, ou la, couche y relative, soient planes ; peuvent épouser la forme la plus appropriée aux besoins particuliers du genre de moteur auquel ils doivent s'adapter. D'autres matériaux réfractaires peuvent être substitués à ceux expressément mentionnés, et la, couche superficielle établie en ces matériaux peut être appliquée ou fixée à la tête de piston par des procédés différents.
REVENDICATIONS.
1. Un moteur à combustion interne caractérisé en ce que les surfaces de la. chambre de combustion et/ou de la tête de piston, en contact avec les gaz de combustion sont entièrement composées ou recouvertes d'un revêtement en matériau calorifuge et réfrac- taire, de telle manière que la transmission directe de chaleur parasitaire, par conduction du métal, entre la, chambre de combus- tion et les pa.rois et/ou de la tête de piston soit- supprimée ou considérablement réduite.
2. Un moteur à combustion interne tel que revendiqué sous 1, caractérisé en ce que le revêtement calorifuge et réfractaire présente un point de fusion plus élevé que les métaux qu'il recouvre.
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