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La présente invention concerne un procédé d'injection pour mo- tuers Diesel à grande vitesse, à chambre de combustion aménagée dans la culasse du cylindre, en particulier pour les moteurs à chambre de tourbil- lonnement et de brassage.
L'invention vise à améliorer l'injection du combustible et la for- mation du mélange dans les moteurs à combustion de ce genre.
Jusqu'ici, on a toujours tenté d'obtenir un brouillard de combus- tible finement divisé dans la chambre de combustion de moteurs Diesel à auto-allumage, particulièrement ceux dont la chambre de combustion, séparée de l'alésage du cylindre, est aménagée dans la culasse du cylindre ou dans le piston, et de provoquer à la fin de la course de compression un courant d'air dans l'espace annulaire de plus en plus petit entre la culasse du cylindre et l'ouverture de la chambre de combustion, tel que cet air agisse avec grande vitesse sur le brouillard de combustible finement divisé, afin de réaliser le plus rapidement-possible la formation du mélange.
Le mélange rapide et direct du combustible et de l'air provoque une réaction extrême- ment vive du combustible, ce qui produit le dur "cognement Diesel" typique, mais ne permet pas d'obtenir une vitesse de combustion régulière et d'évi- ter les phénomènes de combustion prolongée. Bien qu'on arrive ainsi à une utilisation économique du combustible, on doit accepter une marche extrê- mement dure du moteur. Avec les moteurs dits "à chambre" (chambre de préoom- bustion, chambre de tourbillonnement', on a réalisé de hautes pressions moyennes et un processus de combustion un peu plus calme, mais à la condi- tion d'accepter une plus forte consommation spécifique de combustible.
Jus- qu'ici, il ne semblait pas possible d'obtenir à la fois une marche douce du moteur et une consommation de combustible égale à celle des moteurs à marche dure à injection directe. Un certain progrès a été réalisé avec les procédés d'injection directe, suivant lesquels on aidait le mélange de combustible par un brassage de l'air introduit pendant la course d'aspira- tion, sous forme d'un tourbillon tournant autour de l'axe du cylindre.
Les jets de combustible qui, par exemple, sortaient de l'injecteur situé au milieu et étaient dirigés radialement vers l'extérieur dans la chambre de combustion, étaient, dans ce cas, perpendiculaires au déplacement de l'air, afin de réaliser une division et une diffusion très efficaces du combus- tible grâce à cette position des jets de combustible relativement au dé- placement de l'air et à la forme de la chambre de combustion. Ce résultat a effectivement été obtenu et on a construit des moteurs dans lesquels on atteignait des pressions moyennes plus fortes, mais ces moteurs avaient néanmoins une marche sensiblement plus dure que, par exemple, les moteurs à chambre de précombustion. Cette position des jets ne permettait pas non plus d'obtenir à la fois une marche douce, une faible consommation de com- bustible et une forte pression moyenne.
Pour un moteur Diesel à chambre de combustion en forme de corps de révolution, aménagée dans le piston, on a proposé pour améliorer ces procédés connus, un autre procédé d'injection et de formation du mélange, qui diffère essentiellement des procédés précités en ce que le combustible n'est plus divisé dans l'air, c'est-à-dire injecté par pulvérisation dans ou à travers la masse d'air mise en tourbillonnement et où se forme le mé- lange, mais en procédant de manière que le combustible injecté soit étalé en pellicule sur la paroi de la chambre de combustion. Dans ce cas, l'air de combustion entrant dans le cylindre, ou la chambre de combustion, est soumis à une rotation telle que le combustible appliqué sur la paroi de la chambre s'en détache progressivement sous forme de vapeur, se mélange à l'air et est brûlé.
Ce dernier procédé s'applique uniquement aux moteurs dans les-
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quels la chambre de combustion en forme de corps de révolution, est aménagée dans la tête du pistono Des essais ultérieurs ont pourtant montré que le principe de ce procédé peut aussi être avantageusement appliqué à d'autres formes et dispositions de la chambre de combustion, lorsqu'on prend les mesures particulières à cet effet.
On a constaté que cela était particulièrement avantageux et possible pour les moteurs dont la chambre de combustion est aménagée dans la culasse du cylindre et reliée à l'alésage du cylindre par un canal de transfert évasé qui imprime à l'air introduit un tourbillonnement, tandis que pendant la course de compression du piston, tout l'air de combustion est pratiquement refoulé dans la chambre de combustion et qu'à la fin de cette course un injecteur injecte le combustible dans la chambre.
La présente invention consiste à étaler dans ces moteurs le combustible en une mince pellicule sur la paroi de la chambre de combustion aménagée dans la culasse - comme il est connu en soi de le faire dans les moteurs Diesel à grande vitesse à chambre de combustion en forme de corps de révolution aménagée dans le piston - et à imprimer en même temps à l'air pénétrant dans le cylindre, ou la chambre de combustion, une rotation telle que le combustible soit progressivement léché de la paroi de la chambre maintenue relativement froide,.mélangé à l'air et brûlé.
Le procédé suivant l'invention est utilisé tant pour les moteurs à chambre de combustion à tourbillonnement en forme de corps de révolution aménagée dans la culasse du cylindre, que pour les moteurs à chambre de combustion à brassage, discoide et aménagée dans la culasse du cylindre.
Suivant l'invention, le combustible encore liquide sortant du gicleur n'est plus, comme auparavant, réparti dans l'air decombustion, mais au contraire on l'empêche d'abord.volontairement de se mélanger à cet air, et cela en l'étalant en une mince pellicule sur la par ou de la chambre. de combustion . On réalise ainsi non seulement une économie de combustible, étant donné qu'au point de vue thermo-dynamique, le processus de combustion se déroule avantageusement, mais on évite aussi le "cognement Diesel" jusqu'ici inévitable, c'est-à-dire le bruit semblable à une succesion de coups qui se produit au début de la combustion.
Dans le procédé suivant l'invention, il est nécessaire que le jet ait une position qui assure la répartition du combustible sur la plus grande surface possible de la paroi de la chambre de combustion et permette d'utiliser librement l'énergie cynétique de ce jet ; deplus, il faut pré- voir un mouvement de l'air tel que le combustible s'étale comme prévu en une pellicule sur la paroi de la chambre de combustion, sans que l'air de combustion,tourbillonnant entraîne le combustible encore liquide en suspension, pour être vaporisé et brûlé.
D'autre part, l'air de combustion chauffé pendant la course de compression doit lécher la paroi de la chambre de combustion recouverte par la pellicule, de manière à aider d'abord à étaler le combustible sur cette paroi et à le vaporiser pour se mélanger ensuite au combustible vaporisé, de sorte qu'il n'y a plus une réaction de combustion brutale, ou sous forme de cognement, mais une réaction de combustion qui s'amplifie progressivement. La vaporisation est provoquée d'une part par la température de la paroi de la chambre de combustion, située aux environs du point d'ébullition naturel du combustible, et d'autre part, par le rayonnement calorique produit sur la paroi au début de la combustion.
Une autre caractéristique importante du procédé suivant l'invention est qu'un ou plusieurs jets de combustible sortant de l'injecteur dans le sens de la rotation de l'air pour s'étaler sur la paroi de la chambre dë combustion, ont un point de départ suffisamment éloigné ou dé-
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calé relativement au canal de transfert évasé, et une direction et une in- tensité telles qu'à, ou dans, l'entrée dé l'air de la chambre de combus- tion, l'afflux de combustible entraîne par l'air entrant reste limité à la quanité nécessaire à l'allumage, ce qui assure que la majeure partie de ce combustible s'étale en une pellicule sur la paroi de la chambre de combustion, et l'air échauffé par. la course de compression lèche d'abord le combustible de cette paroi, s'y mélange et le porte à la réaction de combustion.
Dans ce cas, la disposition de l'injection et la position des jets de combustible qui en découle sont également importantes ; eneffet, ce n'est que grâce à la disposition suivant l'invention qu'il est possible d'obtenir une répartition du combustible sur la paroi telle qu'elle ne soit ni perturbée ni gênée par le mouvement de l'air.
Dans les moteurs à chambre de tourbillonnement utilisés jusqu'ici, le @et de combustible est généralement dirigé suivant la cordre d'un arc, ou radialement, dans la chambre de combustion. Il en résulte que le combustible est entraîné par l'air tourbillonnant, ce qui a pour effet de répartir dans l'air du combustible liquide pulvérisé et de produire les réactions entraînant les "cognements Diesel" connus. On connait aussi des moteurs à chambre de tourbillonnement où le combustible est injecté en même temps que l'air y pénètre.
Ces moteurs constituent un exemple caractéristique du cas où, avec la position adoptée pour le jet, la direction de répartition du combustible déterminée par l'injecteur ne peut rester stable sous l'effet du mouvement très intense de l'air dans l'étroite ouverture d'entrée débouchant dans la chambre de tourbillonnement.En effet, même en supposant qu'avec une pareille position du jet, ou une autre position appropriée, le combustible puisse atteindre la paroi, il faut aussi tenir compte de ce que, déjà dans l'étroit col de la chambre de tourbillonnement, l'air divise le combustible, s'y mélange et l'entraîne ainsi devant la paroi dans la chambre de tourbillonement.
Donc, dans ce cas, la répartition du combustible ne dépend plus de l'injecteur et du sens du jet mais bien essentiellement du mouvement de l'air, de sorte qu'une pellicule ne pourrait être formée comme le permet le procédé suivant l'invention.
On connait aussi des moteurs à chambre de tourbillonnement,où le jet de combustible est dirigé dans le plan de l'ouverture entre cette cham-
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bre et la chambre de combustion, o'est-à-dire,quai.dana une 'etaine8se, il se situe dans le plan symétrique du système . Bien que cela permette un bon mélange de l'air avec le combustible, la formation d'une pellicule est néanmoins empêchée par l'intensité du mouvement de l'air.
L'application du procédé suivant l'invention aux moteurs Diesel à chambre de combustion à tourbillonnement aménagée dans la culasse du cylindre, nécessite donc une disposition bien déterminée de l'injecteur et une position déterminée du jet de combustible sortant de l'injecteur vers la paroi de la chambre de combustion, ce qui, en soi, dépend de l'exéoution de la chambre de tourbillonnement.Si, par exemple la chambre de oombustion à tourbillonnement ou son canal de transfert évasé sont établis de façon que l'air qui traverse ce canal pendant la course de compression et entre dans la chambre de tourbillonnement, soit soumis à une rotation vers l'intérieur, c'est-à-dire vers le milieu de la culasse du clyindre, l'ensem- ble est alors disposé suivant une autre caractéristique de l'invention, de manière que,
dans la culasse du cylindre, l'injecteur soit placé à côté du canal de transfert dans un plan passant au dessus de ce canal, tandis que l'embouchure de l'injecteur et le plan du jet de combustible projeté dans le sens de la rotation de l'air directement sur la paroi de la chambre de combustion, ou les plans d'autres jets de combustible se trouvent en dehors de la zone principale de tourbillonnement de l'air dans la chambre de combus-
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tion à tourbillonnement à l'entrée du canal de transfert évasé.
L'embouchure de l'injecteur est alors située de préférence dans un plan passant au-dessus du canal de transfert évasé et coïncidant sensiblement avec le plan dans lequel est situé le prolongement de la courbe involpcrale de la chambre de combustion, partant de la tête du piston et s'étendant de façon continue dans le plan du dessin, en fermant complètement cette chambre.
Si, par contre, il s'agit d'un moteur Diesel à chambre de combustion à tourbillonnement disposée inversement, c'est-à-dire une chambre dont le canal de transfert est disposé évasé de façon que ; pendant la course de compression l'air qui le traverse effectue dans cette chambre une rotation vers l'extérieur, donc depuis le milieu de la culasse du cylindre, la disposition suivant l'invention est alors telle que l'embouchure de l'injecteur dans la culasse du cylindre se trouve en substance dans le plan de l'embouchure d'entrée d'air du canal de transfert évasé, côté chambre de combustion, et en regard de ce canal, tandis que le ou les plans du jet ou des.jets de combustible injecté par l'injecteur dans le sens de la rotation de l'air, directement sur la paroi de la chambre de combustion,
se trouve en dehors ou se trouvent de part et d'autre en dehors de la zone principale de rotation de l'air dans la chambre de combustion à l'entrée du canal de transfert évasé.
Comme déjà mentionné, le procédé suivant l'invention peut avantageusement être appliqué aux moteurs à chambre de combustion dite " de brassage". Pour expliquer clairement cette application, il est nécessaire de décrire plus en détail les conditions de formation du mélange dans un tel cas. Dans une chambre de brassage n'ayant pas la forme d'un corps de révolution, mais une forme discoïde, les gicleurs ou leurs embouchures et l'ouverture d'entrée de l'air, sont généralement situés dans un même plan relativement à la chambre de combustion principale. Cette disposition produit une pulvérisation du combustible par l'air et la formation d'un mélange essentiellement constitué par des particules de combustible liquide et de l'air, un pareil mélange étant indésirable puisqu'il provoque le "cognement Diesel".
Pour que, dans une chambre de brassage, le jet de combustible appliqué sur la paroi de la chambre de combustion et s'y étalant en pellicule ne soit pas gêné par l'air introduit, on donne à ces moteurs suivant une autre caractéristique de l'invention une disposition telle que, par rapport à l'embouchure de l'injecteur, l'ouverture d'entrée d'air du canal de transfert évasé soit décalée dans le sens transversal de la chambre de combustion et que le ou les plans des jets de combustible injectés par l'embouchure du gicleur dans le sens de la rotation de l'air, directement sur la paroi de la chambre de combustion, ou d'autres jets de combustible, se trouvent en dehors de la zone de tourbillonnement de l'air dans la chambre de combustion à l'entrée du canal de transfert évasé.
Dans ce cas également, le jet d'air pénétrant dans la chambre de brassage ne peut gêner la formation de la pellicule en entraînant une partie du combustible liquide injecté, et provoquer alors qu'il est en suspension la vaporisation et l'allumage du combustible sans que ce dernier ait pu effectuer sur la paroi de la -chambre, le détour nécessaire au point de vue cinématique de la réaction.
Les dessins annexés montrent à titre d'exemple des formes de réalisation de l'invention, dans son application à des moteurs à chambre de tourbillonnement et de brassage.
La figure 1 est une coupe partielle transversale d'un moteur
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Diesel dans lequel, suivant l'invention, le combustible est étalé en pelli- cule sur la paroi de la chambre de combustion à tourbillonnement, dont le canal de transfert évasé est aménagé de manière que l'air qu'il conduit pen- dant la course de compression soit soumis dans cette chambre à une rota- tion vers l'intérieur, c'est-à-dire vers le milieu de la culasse du cylin- dre ;
La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 et montre schématiquement d'autres éléments;
La figure 3 est une coupe partielle transversale analogue à celle de la figure 1 mais montrant toutefois l'application, suivant l'invention, d'une pellicule de combustible sur la paroi d'une chambre de combustion à tourbillonnement dont le canal de transfert évasé est aménagé de façon inverse à celui de la figure 1;
La figure 4. est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure
3 et montre le combustible projeté en deux jets sur la paroi de la chambre de combustion; la figure 5 montre schématiquement et de pfil une chambre de combustion à brassage pour un moteur Diesel, sur la paroi de laquelle le combustible est étalé en pellicule suivant le procédé de l'invention;
la figure 6 est une vue de face suivant la ligne VI-VI de la figure 50
Sur les figures 1 à 6, le chiffre de référence 1 désigne le cy- lindre, 2 le piston et 3 la culasse du cylindre.
Dans la culasse du cylindre montrée sur la Fig. 1, une chambre de tourbillonnement 4 est prévue comme chambre de combustion, et son canal de transfert évasé 5 est situé de façon que lors de la couse de compression l'air entrant dans le sens de la flèche 6 tourbillonne dans le sens de la flèche 7, c'est-à-dire vers le milieu de la culasse.
Quelque peu au-dessus de l'embouchure 8 du canal 5, mais à une distance d (fig.2), est située l'embouchure 9 de l'injecteur 10, à partir duquel, suivant l'invention, le jet de combustible 12 est étalé dans le sens de la rotation de l'air, directement sur la parom 11 de la chambre de combustion à tourbillonnement 4; la position du jet de combustible 12 est alors telle que le jet d'air injecté par l'ouverture 8 ne vienne pas intersecter ce jet de combustible 12, de sorte que l'étalement en pellicule du combustible liquide sur la paroi de la chambre de combustion, n'est pas perturbée On peut aussi prévoir plusieurs jets de combustible 12 au lieu d'un seul, pour autant qu'ils soient situés dans un même plan et assurant l'étalement en pellicule du combustible.
Alors que dans les moteurs à chambre de tourbillonnement connus, le ou les jets de combustible injectés dans la chambre de combustion étaient généralement dirigés dans le sens de la corde d'un arc, ou radialement, il est prévu ici Une injection tangentielle le long de la paroi de la chambre de combustion, afin d'éviter au.maximum un mélange du combustible liquide avec l'air introduit. Comme montré le plus clairement sur la fige 2, cet effet est encore meilleur lorsqu'on décale l'un par rapport à l'autre le plan dans lequel se trouvent l'injecteur de combustible, 10 ou son embouchure 9, et le plan de l'ouverture d'entrée d'air 8.
C'est donc expressément que le.gicleur 10, ou son embouchure 9, ne sont pas disposés dans ou devant le canal de transfert 5, mais bien à un endroit de la chambre de combustion où, du fait de sa pénétration dans la chambre de tourbillonnement le jet d'air s'est déjà étendu en tous sens et a donc perdu une partie de sa force. La ppsition dans laquelle est placé l'injecteur 10, montrée sur la figo 1, correspond sensiblement à l'écarte-
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ment vertical minimum e permettant encore d'obtenir la formation de la pellicule à mélanger à l'air, lorsque l'injecteur 10 est placé dans le même plan que l'ouverture d'entrée d'air 8.
Les fige. 3 et 4 montrent une chambre de tourbillonnement 4a, dont le canal de transfert 5a est disposé de façon inverse à la fig. 1, de sorte que l'air injecté dans cette chambre lors de la course de compression, tourbillonne dans le sens indiqué par les flèches 6a et 7a, c'est-à'dire vers l'extérieur à partir du milieu de la culasee. Ici aussi, l'injecteur 10 et son embouchure 9 sont dans un même plan situé en regard de l'ouverture d'entrée d'air 8a du canal de transfert 6a. Cette disposition convient, par exemple, lorsqu?il est nécessaire de placer l'injecteur dans l'axe de symétrie de la chambre de combustion ce qui, pour des raisons de construction, est souvent le cas.
Dans cette forme de réalisation le mélange direct du combustible liquide avec l'air introduit et la formation de la pellicule de combustible à un endroit de la paroi 11a de la chambre, non en contact avec l'air, peuvent par exemple être réalisés en dirigeant les jets de combustible 13 et 14 vers cette paroi lla de part et d'autre de l'ouverture d'entrée d'air 8a. La formé des jets ainsi obtenus est montrée sur la coupe de la fig. 4. On obtient ainsi que la pellicule de combustible se forme au voisinage immédiat de l'ouverture 8a intensément balayée par l'air, sans que néanmoins le jet d'air sortant de l'ouverture 8a puisse entraîner le combustible avant que ce dernier soit entré en contact avec la paroi.
Les figso 5 et 6 montrent schématiquement l'application du procédé suivant l'invention à une chambre de combustion à brassage. Pendant la course de compression, l'ai est chassé par le canal 16 dans la chambre de brassage discoïde 15 et y tourbillonne dans le sens des flèches 17 et 18. Sortant de l'embouchure $ du gicleur 10, le jet de combustible 19 est appliqué, dans le sens de la rotation de l'air, directement sur la paroi 2o de la chambre de combustion, tout en veillant à ce que l'air injecté par l'embouchure 16a du canal de transfert 16 dans la chambre 15, ne perturbe pas la formation de la pellicule de combustible sur la paroi de la chambre de combustion.
On arrive à ce résultat d'une part en décalant de la dis- tance f l'un par rapport à l'autre, dans le sens transversal de la chambre 15, le canal de transfert 16 et l'embouchure 9 de l'injecteur et d'autre part en dirigeant le jet de combustible 19 de façon à n'intersecter le jet d'air sortant du canal-16, que lorsque'la pellicule est formée. Comme surface de la chambre de combustion, sur laquelle s'étend la pellicule, il n'est pas absolument nécessaire d'utiliser la partie courbe périphérique 20a (fig.6), car on peut à cet effet utiliser avantageusement une des parois discoïdes 20b, 20c, suivant le côté de la chambre dans lequel est monté l'injecteur 10.
On peut ainsi modifier avantageusement, ou suivant les besoins, l'écartement f des deux plans verticaux dans lesquels se trouvent le canal de transfert 16 et l'embouchure 9 de l'injecteur. On peut alors aussi utiliser une série de plusieurs jets de combustible 19 au lieu d'un seul, pour autant que la projection et la direction des jets assurant l'étalement le plus étendu de la pellicule sur la paroi de la chambre de combustion
REVENDICATIONS.
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