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L'invention a pour objet un moteur à combustion inter ne à injection directe et à allumage par compression et se rapporte en particulier à la disposition d'un injecteur de carburant par rapport à la chambre de combustion, disposition qui assure une combustion sans fumée et non détonante. La chambre de combustion, dont l'axe de révolution coïncide entièrement ou approximativement avec l'axe du cylindre, est située soit dans le piston, soit dans la culasse du cylindre et est conformée de telle façon qu'elle contient la presque totalité du volume d'air aspiré, lorsque, pendant la course de compression, le piston occupe :
le point mort haut, cet air ayant été préalablement entraîné - comme il est connu en soi
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en un mouvement giratoire autour de l'axe de révolution de la chambre de combustion. L'injecteur est disposé excentriquement par rapport à l'axe de la chambre de combustion et projette le carburant, en au moins deux jets de longueur libre inégale, sur la paroi de la chambre de combustion. L'angle de projec- tion entre deux jets de carburant est choisi de telle façon que toujours l'un de ces jets rencontre¯la paroi de la chambre de combustion avant l'autre jet. Ceci signifie que, dans le cas d'un nombre de jets supérieur à deux, ceux-ci entrent temporairement en contact avec la paroi de la chambre de com- bustion l'un après l'autre et à des distances croissantes.
Dans cette disposition, une portion seulement du jet de car- burant le plus court asperge le bord supérieur de la chambre de combustion, au voisinage immédiat du point le plus,chaud de la paroi de cette chambre. Compte tenu de la construction et de la loi d'injection adoptée pour l'ajutage et la pompe d'in- jection, chacun de c:es jets de carburant subit l'atomisation requise, s'étale en partie après avoir rencontré la paroi de la chambre de combustion et, pour une autre part, rebondit sur cette paroi.
Dans l'état actuel de la technique, on connaît diverses espèces de chambre de combustion pour une combustion non dé- tonante d'un carburant injecté directement; on connaît entre autres une chambre de combustion de forme sphérique, à laquelle se raccorde un collet de forme cylindrique, également dans l'axe du cylindre. Dans ces chambres de combustion, on peut réaliser une combustion complète et presque entièrement non détonante du combustible injecté, au sein d'une charge d'air animée d'une rotation très rapide.
Cette combustion non dé- tonante du mélange air-carburant est assurée dans ces systèmes en principe par le fait que les jets de carburant dans la chambre de combustion sont aménagés de telle façon que le carburant,jaillissant d'un point situé au voisinage immédiat
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de la paroi de la chambre de combustion, est déposé sur cette paroi sous la forme d'un film, et il est évident que l'allu- mage est produit par le carburant fourni par le plus court des jets 'dont plusieurs sont situés les uns au-dessous des autres, lorsque ce jet rencontre le point le plus chaud de la paroi de la chambre de combustion.
Les autres jets de carburant sont allumés - pour autant 'qu'ils n'aient pas en- core atteint la paroi de la chambre de combustion -'par la flamme du jet d'allumage, grâce au déplacement de l'air dans la chambre de combustion. Dans ces constructions connues, le . jet d'allumage (jet le plus court) est situé - en regardant dans le sens du mouvement de l'air qui s'engouffre dans la chambre de combustion - devant et au-dessus des autres jets, auxquels la flamme d'allumage est communiquée par suite de son entraînement par le courant d'air
Les modes d'application connus à ce jour de ce prin- cipe,
judicieux en lui-mêmed'une combustin progressive du mélange air-carburant après l'auto-allumage d'une petite partie seulement du carburant injecté et après entraîne- ment de la flamme d'allumage par un courant d'air intense vert d'autres jets de carburant, présentent cependant des incon-, vénients sur le plan de la construction.
En raison de la super positionnes jets, les chambres de combustion connues pour ce processus de combustion présentent une profondeur relative- ment importante et exigent, pour assurer la compression, des pistons d'une hauteur accrue* Or, les pistons d'une grande hauteur augmentent inutilement le poids du moteur, ce qui est particulièrement anti-économique dans les moteurs à rapport course/alésage élevé, lorsque ce dernier s'impose en vue d'atteindre des vitesses.d'air plus élevées, requises pour favoriser la formation du mélange.
L'invention élimine ces inconvénients essentiels des chambres de combustion connues, ainsi que ceux des disposi- tions connues des jets de carburant, par le fait que, dans
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un système à auto-allumage, elle permet, en partant d'une surface très réduite, soit, ponctuelle, une combustion progressive du mélange air-carburant, cela même dans des chambres de combustion notablement plus plates, c'est-à-dire, avec des pistons d'un poids moins élevé. Ceci permet d'abais- ser le poids du moteur, et l'on peut appliquer des taux de compression plus favorables en vue de vitesses de rotation et de puissances plus élevées, sans que la vitesse optimum de l'air dans la chambre de combustion, nécessaire pour obte- nir une combustion complète, s'en trouve compromise.
Les avantages de l'invention énumérés ci-dessus sont réalisés graêce à une disposition inédite des jets de car- burant dans une chambre de combustion transformée en consé- quence, en partant du fait, démontré par les essais, à $avoir qu'un jet de carburant qui rencontre la paroi de la chambre de combustion s'allume avec la rapidité maximum lorsque les conditions suivantes sont remplies, a) lorsque le noyau du jet de carburant rencontre le point le plus chaud de la chambre de combustion à une faible distance au-dessous du bord,de la paroi de celle-ci. b) lorsque, en l'occurance une petite partie seule- ment de l'aire latérale de ce jet de carburant asperge ce bord de la chambre de combustion.
c Lorsque cette partie aspergeante de la nappe laté- rale du jet rencontre une surface qui délimite avec la sur- face de la paroi de la chambre de combustion, au point commun du bord de cette paroi, un angle inférieur à 180 , et d) lorsque, de ce' fait, le sens du flux d'air est également modifié en ce qui concerne la fraction de carburant fournie par cette nappe latérale du jet.
En ce qui regarde le ou les jets de carburant suivants (abstraction faitedu jet d'allumage), l'invention part égale- ment,d'un fait démontré expérimentalement, à savoir qu'un
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jet de carburant lancé sur une) paroi chauffee a nature tempé- rature ne s'enflamme qu'après avoir accompli un certain tra- jet. A ce propob, il convient de remarquer que le carburant ne s'étale en glissant le long de la paroi de la chambre de combustion qu'aussi longtems que l'ajutage émet un jet. A la fin de l'émission du jet par l'ajutage de l'injecteur, l'étalement le long de la paroi de la chambre de combustion cesse très rapidement étant donné que le jet de carburant est très rapidement freiné dans l'air comprimé.
Il s'ensuit que le laps de temps dans lequel il se produit un auto-allumage du jet de carburant - notamment lorsque ce dernier est pro- jeté sur la paroi de la chambre de combustion par un courant d'air qui s'écoule à une grande vitesse le long de cette paroi - dépend de la durée totale de l'injection, ainsi que du trajet libre effectué par le jet avant qu'il ne rencontre la paroi de la chambre de'combustion. On peut démontrer par des essais que l'on n'obtient une combustion sans fumée du carrant introduit, dans; le jet, que lorsque ce dernier pré- sente une longueur libre suffisante et n'est pas projeté sur la paroi de la chambre de combustion échauffée, à partir d'un point situé à proximité immédiate de cette paroi.
Dans, le cas contraire, il se forme déjà de la suie d'une façon constante avec. de très faibles quantités de carburant injecté, et cela quelle que soit l'intensité de la circulation de l'air dans la chambre de combustion, le long de la paroi de celle-ci. De toute apparence, l'air n'entraîne avec lui que du carburant atomisé ou évaporé, mais jamais la portion du. noyau du jet qui s'étale sur la paroi de la chambre de com- bustion. Il s'y produit alors un enrichissement excessif de la zone d'air en carburant autour du point où le noyau du jet rencontre la paroi de la chambre de combustion, étant donné que ce carburant ne peut pas s'évaporer suffisamment pendant le laps de temps disponible.
En raison de la température éle- vée de la paroi et de la saturation élevée de la zone d'air
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précitée en carburant, il se produit en plusieurs points du noyau, en cours d'étalement du jet de carburant, un allumage qui amorce une combustion avec. production de suie:. Pour ces raisons, un étalement persistant du carburant sur la paroi de la chambre de combustion (formation de film) est nettement préjudiciable à la qualité de la combustion.
Les constatations ci-dessus ont été mises à profit dans la présente invention comme suit :
Lorsque le bord de la paroi de la chambre de combus- tion n'est aspergé qu'en partie et lorsque la petite frac- tion en question de la nappe latérale plus parfaitement atomisée, du jet de carburant, parvient, au bout de sa. trajectoire) sur la surface portée à la température maximum et qui présènte en outre une autre inclinaison que la paroi de la chambre de combustion au point d'impact du noyau du jet, il se produit au point où le bord de la chambre de com- bustion est aspergée, et sous l'influence de la composante radiale du flux d'air dans cette chambre, un refoulement du carburant, c'est-à-dire une sursaturation de la zone d'air en carburant à cet endroit, ce qui aboutit, comme on le sait à un auto-allumage plus rapide.
Compte tenu de l'inclinaison de la surface située derrière le bord de la chambre de com- bustion, l'air qui s'engouffre radialement dans cette cham- bre refoule plus ou moins le brouillard de carburant proje- té à l'encontre de,cet air à partir de la nappe latérale du jet. Ce système connu en soi et consistant à injecter du car- burant à 1'encontre d'un courant d'air, est en outre utilisé avantageusement en vue de permettre un démarrage sûr à froid, car la sursaturation de la zone d'air avec le carburant éta- blit précisément la condition préalable pour un allumage sdr.
Le reste du carburant composant le jet, notamment le noyau de ce dernier, tombe sur'la paroi de la chambre de combustion proprement dite et s'étale sur celle-ci, à partir du point
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d'impact, en s'étendant à des zones de plus en plus froides de cette chambre, ce qui diminue son aptitude à l'évaporation ainsi qu'à un allumage rapide.
On obtient ainsi que l'auto- allumage se propage par préférence à partir d'une petite por- tion de'la nappe latérale du jet d'allumage, portion qui est projetée, à l'état d'atomisation d'extrême finesse, sur le bore de la paroi de la chambre de c ombustion. Après son inflammation cette minime portion de carburant en provenance du jet d'allu- mage, et qui représente désormais une flamme, est entraînée par l'air - qui, vers la fin de la course de compression, afflue avec une très grande vitesse de la chambre située au- dessus du piston à la chambre de combustion jusqu'au- dessous du bord de la chambre, de combustion, où cette fraction assure l'inflammation du reste du carburant de ce même jet.
Partant de ce jet, l'inflammation se communique, dans la chambre de combustion, à d'autres jets de carburant, ce qui est favorisé d'une façon déterminante par l'intenàe' mouve- ment de l'air. Afin d'empêcher un allumage prématuré de ces jets de carburant, et conformément à la présente invention, on donne à ces jets une longueur libre plus grande et on leur imprime d'autre part une orientation telle qu'ils ne puissent pas asperger le bord de la chambre de combustion et que, en rencontrant éventuellement la paroi de la chambre de combustion, ils entrent en contact avec des endroits moins chauds de cette paroi.
Dans les figs.l et 2, on a représenté le principe de la disposition, mentionnée plus haut, des jets de carburant 4 et 4' par rapport à la paroi 1 de la chambre de combustion, paroi qui, dans le cas de la fig.1 forme une intersection directe avec la surface de fond 2 ,du piston le long de l'arête vive 3 du bord, c'est-à-dire, sans surface de transition (collet). L'ajutage 5 de l'injecteur émet par exemple deux jets de carburant 4, 4' dont les axes sont représentés en traits /
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mixtes. Le jet d'allumage 4,.qui atteint le premier la paroi 1 de la chambre de combustion, arrose avec une partie de sa nappe latérale le bord de la chambre de c ombustion, c'est-à- dire, l'arête 3, où il produit une trace nette, désignée par 6, sur le fond du piston.
Le noyau du jet, situé dans l'axe du jet d'allumage 4, glisse - tant que le piston se déplace encore dans le sens de la flèche 7, pendant la compression - en tant que'carburant rebondi qui s'étend grâce au déplacement de l'air, vers le fond de la chambre de combustion, le long de la paroi 1 de celle-ci.
Selon l'invention, il est avantageux de faire en sorte que lesjets 4 et 4' sortant de l'ajutage 5 se situent non pas l'un derrière l'autre et l'un au-dessus de l'autre, dans un plan déterminé par les filets d'air, mais côte à côte, de telle manière qu'après avoir rencontré la paroi de la cham- bre de combustion, ces jets de carburant ne se confondent pas l'un avec l'autre. Grâce à cette disposition, on évite une concentration excessive de carburant en des points distincts de la paroi de la chambre de combustion et l'influence préju- diciable qui pourrait en résulter sur la combustion de l'en- semble du mélange.
Comme indiqué plus haut, au moment où l'air qui afflué de'l'espace situé au-dessus du piston, dans le sens des flèches' 8 vers la chambre de combustion contenue dans le piston, pénètre dans cette dernière, il se produit d'abord l'allumage de la partie 6 du jet 4, dans la mesure où celui-ci asperge le bord 3 de la paroi 1 de la chambre de combustion, après quoi cette partie enflammée du jet 4 assure d'abord l'inflammation du restant du jet 4 et puis celle du carburant formé par le jet voisin 4'. Ceci entraine une combustion progressive carburant injecté dans la chambre de ccmbustion en jets de longueur inégale.
La longueur libre des jets de carburant 4, 4 et, éventuellement., leur largeur, de même que l'angle de projection entre ces jets doivent être choisis
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de telle manière que la quantité maximum de carburant projetéé corresponde à peu près à la proportion stoechiométrique du volume d'air aspiré. En appliquant correctement ce principe, il devient possible, à la faveur d'un mouvement d'air appro- prié aux dimensions de la chambre de combustion, de se rappro- cher du coefficient idéal de l'excès d'air requis 1 = 1.
La fig. 2 représente la même disposition des jets de carburant 4 et 4' par rapport' au bord 3 de la paroi 1 de la chambre de combustion, sauf qu'ici on prévoit, dans la chambre' de combustion, un collet de transition 1' entre la paroi 1 de cette chambre et le fond 2 du piston ou de la culasse. Ici également, lorsque le bord 3 de la surface formant le collet 1 est aspergé par une partie 6 seulement du jet d'allumage 4, le changement de direction relatif du flux d'air suivant les flèches 8 aboutit à la sursaturation, décrite plus'.haut,de la zone du bord 3, située à la partie la plus chaude de la paroi de la chambre de combustion, en carburant refoulé et donc à un allumage plus rapide.
Il s'ensuit que, dans le cas représenté dans la fig.2, le jet d'allumage est dirigé non pas. sur le fond du piston mais - et cela seulement pour la plus petite partie - sur le collet de transition 1, tandis. que la partie restante du carburant injecté est dirigée ex- clusivement dans la chambre de combustion proprement dite.
La solution selon la fige 2 permet d'atteindre le même ré- sultat que la construction ci-dessus, décrite à propos de la fig. 1.
Rour assurer un démarrage aisé du moteur par temps de gel, la disposition des jets établie selon l'invention offre encore un avantage par le fait que le jet 4 ou, éven- tuellement, un autre jet supplémentaire, doit atteindre la paroi 1 de la chambre de combustion à un certain intervalle de temps après le jet d'allumage. L'angle de projection entre les deux derniers jets peut être choisi, par rapport à l'axe de révolution de la chambre de combustion, de telle façon que
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la nappe latérale du dernier jet vienne aborder la zone dite "morte", c'est-à-dire, la zone sans déplacement d'air qui entoure l'axe de la chambre de combustion et dans laquelle s'établit la température de compression la plus élevée.
Celle-ci peut seule assurer le démarrage du moteur même par temps de gel. Toutefois, lors d'un démarrage par temps de gel; et contrairement à ce qui se passe dans des condi- tions de fonctionnement normales, où les parois de la chambre de combustion sont portées à une température plus élevée, il se produit'd'abord l'allumage du carburant dans la nappe latérale du jet ayant la plus grande longueur libre, et cela seulement à la fin de l'injection, c'est-à-dire, avec un retard important à l'allumage.
Dans ces conditions, le jet de carburant est pour ainsi dire immobilisé dans l'espace libre de la chambre de combustion, étant donné qu'aux faibles vitesses de rotation qui correspondent au démarrage, vitesses auxquelles le déplacement d'air dans la chambre de combustion est encore peu important, les jets d'air ne sont pas encore influenc.és par ce déplacement.
Le dispositif décrit ci-dessus permet de réaliser une combustion du mélange air-carburant, analogue à celle , obtenue dans les moteurs à allumage ponctuel, c'est-à-dire, à allumage indépendant. Du point de vue de la marche non détonante et du fonctionnement exempt de fumée, le moteur Diesel selon l'invention équivaut pratiquement à un moteur à cycle Otto tout en offrant en outre l'avantage de pouvoir utiliser diverses espèces de carburants.
REVENDICATIONS.
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