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La présente invention se rapporte à des moteurs à combustion in- terne à injection de combustible liquide et allumage par compressiono
Des moteurs de ce genre, utilisés couramment, ont différentes formes de chambre de combustion et différentes formes de dispositifs d'in- jection de combustible, un des buts principaux de chaque disposition étant d'amener la plus grande partie possible de la charge d'air en contact avec le ou les jets de combustible pendant la combustion et de procurer ainsi un fonctionnement satisfaisant du moteur.
Les principales qualités de moteurs à allumage par compression et à injection de combustible liquide peuvent être résumées comme suit : (1) la possibilité d'utiliser une proportion aussi forte que possible de l'air disponible dans la chambre de combustion, (2) une bonne économie de combustible, (3) une propreté d'échappement, (4) un bon démarrage, (5) une souplesse et une efficacité de fonctionnement dans une large gamme de vitesses et (6) un fonctionnement souple, et quoique beaucoup de for- mes différentes de chambres de combustion utilisées à présent ont certaines de ces qualités en combinaison,
aucune forme de chambres de combustion utilisées à présent ne semble capable de donner toutes les qualités dési- rables à un degré satisfaisant
Dans un type particulier de moteurs à injection de combustible liquide et allumage par compression utilisé à présent, et appelé ci-après un moteur à injection directe, le piston et la culasse sont conformés dans l'ensemble de manière à comprendre entre eux, à la fin de la course de compression, un espace de combustion en substance en communication libre avec l'intérieur du cylindre, le combustible étant injecté.dans cet espace.
La façon dont le combustible est injecté, par rapport à la char- ge d'air, dans les chambres de combustion à injection directe varie quel- que peu mais dans certains cas on communique à la charge d'air un tour- billonnement ou mouvement organisé ou écoulement défini dans l'espace de combustion, en substance assorti aux caractéristiques d'injection de combustible pour obtenir ainsi une combustion aussi efficace que possible.
Normalement, dans les moteurs de ce genre, la poche de combustion est for- mée par une cavité circulaire dans la tête du piston, légèrement plus faible en diamètre que celui du piston, mais la poche peut également être formée partiellement ou complètement dans la culasse.
De plus, dans certains cas, la charge d'air est amenée à tour- ner ou tourbillonner dans le cylindre autour de l'axe de ce dernier, pendant la période d'admission d'air de manière que la charge d'air, transférée dans la poche à la fin de la course de compression, soit amenée à tourbillonner de la même façon mais à une vitesse de rotation apprécia- blement plus élevée que celle obtenue initialement dans le cylindre lui- même.
La façon dont le combustible est injecté varie suivant la disposition de l'ajutage et la direction du jet par rapport à la paroi circonférentiel- le de la poche de combustiono
Le but de la présente invention est de procurer une forme perfec- tionnée de moteurs à combustion interne du genre à allumage par compres- sion et injection de combustible liquide, pouvant être considérés dans l'ensemble comme étant à injection directe et qui tout en gardant au moins la plupart des avantages des moteurs de ce genre utilisés à présent,
comportent également d'autres avantageso
Un moteur à combustion interne à injection de combustible liqui- de et à allumage par compression suivant la présente invention comprend
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un piston et une culasse conformés de manière à former entre eux à la fin de chaque course de compression au moins deux poches de combustion appro- ximativement semblables, disposées de manière qu'à la fin de la course de compression, les charges d'air comprimées dans chacune des poches soient pratiquement dans un même état de tourbillonnement ou de moùvement, et un dispositif pour injecter du combustible approximativement de la même façon dans la charge d'air contenue dans chaque poche.
Ce que l'on a dit ci-dessus au sujet des charges d'air comprimées dans chaque poche se trouvant pratiquement dans un même état de mouvement et des dispositifs pour injecter du combustible de façon approximative- ment la même dans la charge d'air contenue dans chaque poche, doit être compris comme voulant dire qu'en prenant chaque poche séparément et sans se référer à sa position par rapport aux autres parties, le type général de mouvement de l'air dans chaque poche est approximativement le même et les caractéristiques d'injection de combustible et la ou les directions de cette injection par rapport à la surface enveloppante de la poche et au mouvement de l'air y contenu sont approximativement les mêmes pour chaque poche, au moins pendant un fonctionnement à charge normal, quoique dans certains cas il puisse y avoir de légères variations,
principalement par exemple au démarrage, au ralenti ou sous faible charge. En d'au-Ures- mots, la disposition est telle que des conditions de combustion en sub- stances semblables existent dans chaque poche. Le terme "mouvement d'air" utilisé ici comprend les mouvements organisés, c'est-à-dire un mouvement suivant un écoulement bien défini, par exemple un mouvement toroïdal ou de rotation, ou une combinaison de ces deux genres de mouvement, ainsi que n'importe quel autre mouvement qui amène la plus grande quantité possible de l'air disponible dans la poche, en contact avec le combustible pour brûler ce dernier aussi complètement que possible pendant la combus- tiono
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention,
un dispo- sitif d'injection de combustible unique est prévu et disposé en un point entre les poches et propre à injecter du combustible de même façon dans chacune des deux ou plusieurs poches.
Dans ce cas, les poches communiquent avec un espace commun à leurs points adjacents, l'extrémité du dispositif d'injection de combustible venant dans, ou immédiatement en face de cet espace à la fin de chaque course de compression. Dans la plupart des cas, chacune des poches a une section approximativement circulaire et les poches ne se recouvrent pas dans les plans perpendiculaires à l'axe du cylindre, et l'espace commun décrit ci-dessus peut-'-alors être formé par une dépression entre les parties ad- jacentes'des poches et communiquant avec ces partieso
Dans tous les cas où, comme on le préfère, chaque poche a une section approximativement circulaire dans des plans perpendiculaires à l'axe de symétrie, la disposition est de préférence telle qu'à la fin de chaque course de compression,
une rotation organisée de la charge d'air s'établit à un degré substantiel dans chaque poche approximative- ment autour de son axe pendant la période d'injection de combustible.
Ainsi, l'invention peut s'appliquer à un moteur du genre dans lequel, pendant la période d'admission, la charge d'air entre dans le cylindre de façon telle qu'elle tourne en masse autour de l'axe du cylindre à la fin de la période d'admission, cette rotation persistant pendant la période de compression et causant une rotation de la charge d'air dans chacune des poches à la fin de la course de compressiono La rotation organisée de la charge d'air dans chaque poche peut cependant être augmentée par une conformation spéciale de la face du piston ou de la culasse qui
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aide à obliger une plus grande partie de l'air refoulé dans chaque poche pendant le temps de compression, et plus particulièrement par la proximité du piston et de la culasse à la fin de chaque course de compression,
à entrer dans les poches dans des directions qui sont approximativement tan- gentielles à des cercles ayant les axes des poches pour centre. A cette fin, des canaux ou rainures peu profonds appropriés peuvent être prévus dans la face du piston.
Lorsqu'un mouvement de rotation en masse de la charge d'air s'effectue dans chaque poche à la fin de chaque course de compression, le dispositif d'injection de combustible peut être disposé et prévu de façon à diriger du combustible en un jet dont l'axe a une composante substantiel- le dans le sens de rotation de cette partie de la charge d'air, contenue dans la poche, qui est adjacente au dispositif d'injection.
De plus, l'injection de combustible dans chaque poche est dirigée en substance tangentiellement à un cercle concentrique à la paroi de la poche et d'un diamètre plus petit que le diamètre de celle-ci.
Lorsqu'on utilise un dispositif d'injection de combustible unique, ce qui est préféré dans beaucoup de cas, celui-ci peut être conformé de manière à débiter un certain nombre de jets correspondant au nombre de poches, chaque jet étant dirigé de façon appropriée par rapport à sa poche.
Ainsi, dans--une forme de réalisation comportant deux ou trois poches disposées symétriquement par rapport à l'axe du cylindre, un dis- positif d'injection de combustible centra,! peut .être prévu pour débiter respectivement deux ou trois jets, chaque jet ayant une direction telle par rapport au sens de rotation de la charge d'air dans la poche que l'injection de combustible se fait en substance dans le sens du mouvement de l'air et approximativement tangentiellement à un cercle concentrique à la paroi circonférentielle de la pocheo
Certains des avantages de l'invention sont :
(1) - En divisant la quantité totale d'air qui doit être amenée en contact avec le combustible injecté en deux ou plusieurs masses d'air semblables, ayant des caractéristiques de mouvement d'air semblables, dans des poches de formes similaires, il est plus aisé de commander la répartition du combustible dans l'air que si l'on utilise une seule poche d'au,moins deux fois les dimensions volumétriques; (2) - Il est connu que pour une vitesse de rotation d'air engendrée dans le cylindre pendant la période d'admission d'air, la vitesse de rotation de la charge d'air transférée dans une seule poche de combustion varie inversement au diamètre de la poche.
Lorsque deux ou plusieurs poches de combustion sont utilisées, le diamètre de chacune d'elle est appréciable- ment moindre que celui d'une poche unique, et par conséquent il est plus facile d'obtenir la vitesse de rotation désirée de la charge d'air dans chacune des poches de combustion, ce qui permet une combustion efficace en utilisant un seul jet de combustible dans chaque poche, sans avoir recours à une vitesse élevée excessive du courant d'air dans la soupape d'admission, permettant ainsi une efficacité volumétrique plus élevée du moteur et par conséquent une gamme plus étendue de vitesse de fonctionne- ment utiles et un développement de puissance maximum plus élevé.
(3) - Lorsque les poches de combustion communiquent entre elles par un espace de communication entre leurs parties adjacentes, un dispositif d'injection de combustible unique, qui peut être situé au centre ou près du centre dans la culasse, ce qui est généralement pratique, peut
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être utilisé tout en permettant une répartition de combustible satisfait sante dans l'air sans pression d'injection excessive et avec un nombre de jets correspondant seulement au nombre de poches.
Les dessins annexés représentent schématiquement à titre d'exem- ple un nombre dé formes de réalisation typiques de l'invention. Sur les dessins :
Figure 1 est une coupe de la partie supérieure d'un cylindre et d'une culasse d'une forme de réalisation suivant la présente invention, la coupe du piston étant prise suivant la ligne 1-1 de la figure 2;
Figure 2 est un plan du piston du moteur représenté sur la figu- re 1;
Figure 3 est une coupe partielle du piston suivant la ligne 3-3 de la figure 2;
Figure 4 est une coupe de la partie supérieure du piston représen- té sur la figure 2, la coupe étant prise suivant la ligne 4-4 de la figu- re 2;
Figures 5 et 6 sont des vues correspondant aux figures 1 et 2 d'une variante d'exécution comportant trois poches de combustion;
Figures 7 et 8 sont respectivement un plan et une coupe d'une autre variante de piston comportant deux poches de combustion distinctes, et des ajutages d'injection de combustible séparés;
Figures 9 et 10 sont des vues semblables aux figures 2 et 4 d'une autre variante suivant l'invention;
Figures 11 et 12 sont des vues semblables aux figures 2 et 4 d'une autre forme de réalisation de l'invention; et
Figures 13 et 14 sont des vues semblables d'une autre variante dans laquelle les axes de symétrie des poches sont inclinés par rapport à l'axe du cylindre.
Dans la construction représentée sur les figures 1, 2, 3 et 4 le moteur comprend un cylindre 1 dans lequel un piston 2 peut être animé d'un mouvement de va-et-vient, le piston ayant une tête plane comme indi- qué en 3 dans laquelle sont formées les poches de combustion, le cylindre étant fermé par une culasse 4 contenant des passages d'admission et d'échap- pement se terminant par des lumières s'ouvrant dans le cylindre et com- mandées par des soupapes de façon connue, les passages d'admission étant indiqués en 5, les lumières d'admission en 6 et la soupape d'admission en 7.
La disposition et la forme du passage d'admission 5 et de la lu- mière 6 somt telles par rapport à l'alésage du cylindre que, de façon connue, la charge d'air entrant dans le cylindre par la lumière d'admis- sion pendant chaque période d'admission est amenée à tourbillonner au- tour de l'axe du cylindre de la façon indiquée par la flèche $ sur la figure 2. La culasse 4 comporte un logement 9 pour un dispositif d'in- jection de combustible 10 comportant un ajutage 11 de façon connue, l'ajutage étant du type commandé par une soupape et comportant deux ori- fices d'injection disposés comme décrit ci-après.
L'injecteur de combustible est légèrement incliné par rapport à l'axe du cylindre, et l'extrémité de l'ajutage est légèrement décalée latéralement par rapport à l'axe du cylindre comme représenté sur la figure 2. Les deux ouvertures d'injection de l'ajutage sont conformées et placées de façon que les deux jets de combustible forment un angle obtus entre eux, assurant ainsi des caractéristiques de¯répartition de
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combustible semblables dans les deux poches.
Dans la construction représentée sur les figures 1, 2, 3 et 4, la tête du piston 2 comporte deux poches de combustion semblables 12 et 13 disposées symétriquement de part et d'autre de l'axe du cylindre et communiquant l'une avec l'autre, là où leurs circonférences viennent l'une près de l'autre, par un espace libre commun,14- Comme représenté sur les figures 1 et 4, dans l'ensemble la forme de chaque poche 12, 13 est partiellement sphérique et plutôt plus grande que hémisphérique, tandis que l'espace 14 est une dépression en forme de rainure tangentiel- le aux parois des deux poches. On voit que les enveloppes des surfaces sphériques principales des deux poches ne se recouvrent pas quoique les poches communiquent l'une avec l'autre par cette rainure.
On voit également que l'"embourchure" ou extrémité supérieure de chaque poche a un diamètre plus faible que le diamètre maximum de la poche.
Sur la figure 2, la rotation de la charge d'air dans le cylindre est indiquée par la flèche 8 et, à la fin de chaque course de compression, lorsque toute la charge d'air est refoulée dans les poches de combustion 12 et 13, entraîne le mouvement de la charge d'air dans chaque poche com- me indiqué par les flèches 15.La charge d'air tournant en masse dans l'alésage du cylindre peut être considérée comme entrant dans les poches pendant la course de compression, dans la direction indiquée dans l'en- semble par les flèches 16. Pour aider à créer le mouvement de rotation requis dans chaque poche, la tête du piston comporte deux rainures 26 dont chacune aboutit dans une des poches 12 et 13 en partant du bord circonférentiel de la tête du piston, avec une composante de direction en substance tangentielle.
Chaque rainure augmente progressivement de profondeur et de largeur à partir de son extrémité-extérieure vers son' extrémité intérieure, où les rainures entrent dans les poches, et on voit sur la figure 3 que chaque rainure est légèrement plus profonde, près du bord 25, qui est tangent aux poches respectives.
Ces rainures tendent à faire entrer dans les poches 12 et 13, la partie de,'la charge d'air tourbillonnant à vitesse élevée à la:circonférence du cylindre, tangen- tiellement comme représenté par les flèches 27, pendant la course de compression, et font également entrer une partie appréciable de la charge d'air tourbillonnante, qui est rapidement transférée de l'espace du cy- lindre dans les poches vers la fin de la course de compression, dans les poches 12 et 13 tangentiellement comme indiqué par les flèches 27, ce qui augmente de façon appréciable la vitesse de rotation en masse de la charge d'air autour de l'axe de la poche.
Le dispositif d'injection de combustion 10 est, comme décrit ci-dessus, propre à débiter deux jets de combustible, la forme d'ensem- ble et la direction de ces jets étant indiquée clairement sur les dessins par la référence 17, cette direction étant substantiellement dans le sens de la rotation de la charge d'air dans chaque poche, et tangentielle à' un cercle concentrique aux parois latérales de la poche et d'un diamètre plutôt inférieur au diamètre de la poche elle-même, dans un plan perpen- diculaire à l'extrémité d'ajutage du dispositif d'injection de combustible.
Dans la construction représentée sur les figures 5-et 6, le moteur comprend un cylindre 29 dans lequel un piston 30 peut être animé d'un mouvement de va-et-vient, la tête du piston comporte une surface supérieure plane dans laquelle sont formées trois poches de combustion 31, 32, et 33, de la façon décrite ci-après.
Le cylindre est fermé par une culasse 34 ayant des passages d'admission
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et d'échappement 35 et 36 commandés par des soupapes de façon connue. La soupape d'admission indiquée en 37 est du type "masqué" de manière que l'air s'écoulant par cette soupape entre tangentiellement dans l'alésage du cylindre et que la charge d'air dans le cylindre à la fin de chaque course d'aspiration soit mise en rotation en masse autour de l'axe du cylindre comme représenté par la flèche 38 sur la figure 6. La culasse com- porte un logement dans lequel est disposé un dispositif d'injection de combustible 39 dont l'ajutage 40 coïncide avec l'axe du cylindre et est conformé de manière à débiter trois jets de combustible de façon décrite ci-après.
Les trois poches de combustion semblables 31, 32, 33 sont de forme cylindrique dans l'ensemble et disposées autour de l'axe du cylindre à égale distance l'une de l'autre, et communiquent l'une avec l'autre par un espace commun 41 de la forme indiquée sur le dessin. L'ajutage d'injec- tion de combustible 40 se trouve au centre de l'espace 41 à la fin de chaque course de compression et est conformé de manière à débiter trois jets de combustible 42, comme représenté sur les dessins.
On voit qu'éga- lement dans cette construction, la rotation en masse de la charge d'air autour de l'axe du cylindre dans la direction de la flèche 38 entraîne la rotation en masse de l'air dans chacune des poches 31, 32, 33 de la fa- çon indiquée par les flèches 43, à la fin de la course de compression, chaque jet de combustible 42 étant dirigé dans le sens de cette rotation.
Dans la construction représentée sur les figures 7 et 8, la tête de piston 50 comporte deux poches de combustion entièrement séparées et ne commun!quant pas entre elles, chacune de forme cylindrique dans l'en- semble mais ayant un rétrécissement arrondi de façon régulière, ou étran- glement 53, près de son extrémité supérieure ou embouchure. Le diamètre de la poche augmente à nouveau au-dessus de l'étranglement pour former une embouchure en cloche comme représenté sur la figure 8. Comme dans les exemples précédents, la charge d'air principale est amenée à tourner dans le cylindre dans le sens des flèches 54, et le mouvement de rotation résultant de l'air dans les poches de combustion est indiqué par les flèches 55.
Dans cet exemple, la culasse peut être dans son ensemble sembla- ble à celle représentée sur la figure 1, mais deux dispositifs d'injec- tion de combustible avec ajutage 56, 57 sont prévus, chacun situé dans un léger retrait semi-cylindrique 58 de la paroi latérale de la chambre de combustion, et propre à diriger un jet de combustible dans la même direction que le déplacement de l'air dans la poche.
Dans la variante représentée sur les figures 9 et 10 les poches 60 et 61 sont hémisphériques, comme représenté sur la figure 10, et com- muniquent l'une avec l'autre par un espace commun 62 comprenant deux courts canaux droits 63, 64 formant un angle entre eux, l'ajutage 65 du disposi- tif d'injection se trouvant à leur point d'intersection. Chaque canal est approximativement tangentiel à la paroi de la poche respective.
Dans cet exemple, le dispositif d'injection est conformé de manière à débiter deux jets de combustible 66 dans deux canaux 63 et 64 comme représenté sur le dessin*
Dans la variante, représentée sur les figures 11 et 12, la dis- position est semblable dans l'ensemble à celle représentée sur les figures 1, 2, 3 et 4 sauf que chaque poche 70 a une forme cylindrique dans l'en- semble, et comprend un retrait arqué 71 à son bord supérieur près de l'au- tre poche. Les' surfaces extérieures de ces retraits font parties de surfa- ces de révolution autour d'axes échelonnés sur la ligne droite joignant
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les axes des poches, mais plus rapprochés l'un de l'autre que ces axes, et avec un rayon de courbure approximativement égal à celui de la paroi latérale principale de chaque poche.
Dans la variante représentée sur les figures 13 et 14, l'inven- tion est appliquée à un moteur comportant des lumières d'admission et d'échappement 81 commandées par des soupapes inclinées, dont l'une est indiquée en 82, les passages d'admission et d'échappement s'écartant des lumières dans des sens opposés de façon normale. Un injecteur de combusti- ble 83 est prévu au centre de la culasse et est coaxial avec celle-ci.
Dans cette construction, un piston 84, ayant une surface supérieure appro- ximativement hémisphérique, comporte deux poches hémisphériques dans l'en- semble 85, 86 les axes de symétrie des deux poches étant inclinés par rap- port à l'axe du cylindre et approximativement parallèles à l'axe des lu- mières d'admission et d'échappement 80, 81 là où elles débouchent dans l'espace de combustion Les deux poches de combustion 85, 86 communiquent l'une avec l'autre par un espace commun 87 formé par une dépression dans la tête du piston, et l'extrémité de l'ajutage 88 du dispositif d'injec- tion de combustible se trouve partiellement dans cet espace lorsque le pis- ton est à la fin de la course de compression comme représenté sur la figu- re 14.
Dans ce cas, le dispositif d'injection de combustible comporte deux orifices d'injection disposés de part et d'autre pour diriger des jets de combustible 89 dans les poches de combustion dans la direction de rotation de l'air comme représenté sur le dessin. Il est clair que dans certains cas il peut être avantageux de donner des diamètres légèrement différents aux poches, par exemple pour convenir à une construction de culasse particulière, et que ceci est compris dans le cadre de l'inven- tion, la disposition dans tous les cas étant telle qu'elle tende à pro- duire des caractéristiques de combustion pratiquement semblables dans chacune de deux ou plusieurs poches de combustion.
REVENDICATIONS
1.- Moteur à combustion interne à injection de combustible li- quide et allumage par compression, caractérisé en ce qu'il comprend un piston et une culasse conformés de manière à former entre eux à la fin de chaque course de compression au moins deux poches de combustion appro- ximativement semblables, disposées de manière telle qu'à la fin de la cour- se de compression, les charges d'air comprimées dans chacune des poches soient pratiquement dans un même état de tourbillonnement ou de mouvement, et un dispositif pour injecter du combustible approximativement de la même façon dans la charge d'air contenue dans chaque poche.
2.- Moteur à combustion interne à allumage par compression et à injection de combustible liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un piston et un cylindre conformés de manière à former entre eux à la fin de chaque course de compression au moins deux poches de combustion dis- tinctes et approximativement semblables ne se recouvrant pas, disposées de manière telle qu'à la fin de chaque course de compression, les charges d'air comprimées dans chacune des poches soient pratiquement dans un même état de mouvement, et un dispositif pour injecter du combustible approxi- mativement de la même façon dans la charge d'air contenue dans chaque poche.