Moteur à combustion interne. Un des problèmes importants dans la construction des moteurs à combustion interne est d'éviter la surchauffe des parois de la chambre de compression et de combustion, et tout particulièrement du piston et des seg ments.
L'invention a pour objet. un moteur à combustion interne, dans lequel au moins une partie des parois de sa chambre de combus tion limitée par la. paroi intérieure de la culasse, la paroi intérieure du cylindre et la tête du piston est munie d'un revêtement calorifuge et réfractaire.
Ce moteur est caractérisé par le fait que le revêtement est constitué par un mélange aggloméré de quartz et de particules métal liques, dans lequel lesdites particules sont réparties dans le quartz, la surface extérieure (lu revêtement étant constituée, au moins dans sa plus grande partie, par du quartz, alors que la surface du revêtement en contact avec la paroi métallique est constituée, au moins dans sa phis grande partie, par du métal.
Le revêtement constitué par un mélange de quartz et de particules métalliques peut être formé par des plaques, feuilles ou dis ques, ou par d'autres éléments de forme spé ciale qui sont maintenus, d'une manière per manente 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, de préférence, dans le matériau calo rifuge, de telle façon qu'elles soient proté gées contre un contact direct avec les gaz de combustion.
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 agis sent comme conducteurs de la chaleur envers les parties métalliques du moteur.
Le revêtement calorifuge et réfractaire de protection peut être cimenté sur les surfaces métalliques sous-jacentes d'une manière per manente au moyen de couches agglomérantes intermédiaires. Tous les moyens agglomérants et émaux qui sont aptes à lier les métaux et les matières céramiques peuvent être utilisés, par exemple les métaux vitreux à base de bo rax, ou des compositions contenant des sili cates, du kaolin, etc.
Le vernis ou l'émail doivent être choisis au point de vue de la vitrification qui doit avoir lieu à une tempé rature au-dessous du point de fusion du mé tal dont sont composées les parties du mo teur devant être recouvertes. La,liaison entre les parties métalliques et le corps anti-con- ducteur peut être renforcée en assemblant des surfaces de formes irrégulières ou à con tact rugueux ou en munissant celles-ci de ner vures et de rainures profilées, etc.
Le matériau calorifuge et. réfractaire peut également, à l'état très fin, par exemple en poudre, être pulvérisé à la température am- biante ou à des températures plus élevées, sur les surfaces métalliques. La cohésion finale et la structure du matériau pulvérisé peuvent être faites en y mélangeant un agglomérant fondit par un traitement thermique subsé quent.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 représente, schématiquement, en coupe verticale, une forme d'exécution du moteur à combustion interne, objet de l'in vention.
La fig. 2 montre, séparément. en coupe verticale, deux parties d'un disque calorifuge. La fi-. 3 représente une coupe verticale partielle d'un piston équipé avec le disque calorifuge représenté à la fig. 2.
Les fig. 4 à 8 représentent en coupe verti cale d'autres formes d'exécution du moteur objet de l'invention.
Les fig. 9 et 10 montrent en coupe deux formes d'exécution spéciales du piston.
Les fig. 11 à 13 représentent, à phis grande échelle, des coupes partielles de dif férentes formes d'exécution des parois de la chambre de combustion.
La fig. 14 représente, en coupe verticale, une vue partielle du cylindre et du piston d'une autre forme d'exécution relative à un moteur Diesel avec une chambre de précom bustion.
Les fig. 15 à 17 sont des rites en éléva tion, en partie en coupe, de trois formes d'exécution des soupapes.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 2, le revêtement du piston comprend un disque 1 en quartz fondu ou fritté et un disque 2 contenant. des particules 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 ledit. disque 2 de telle façon que la com position 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. La flg. 3 montre comment, les disques 1 et 2 peuvent être adoptés sur la tête d'un pis ton 4.
Le disque de quartz 1 est. 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 fon dent ensemble pour amener une solide cohé sion 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 partie supérieure est composée de quartz fondu ou fritté et dont la partie inférieure contient une quan tité 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 clé l'argent, par exemple.
Dans la. forme d'exécution du moteur représenté à la fig. 1, 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 (le sou papes sont recouvertes du revêtement. 8 con sistant en un mélange de quartz fritté et de fer.
Comme on peut le voir d'après le dessin, les particules de fer ne sont pas réparties uniformément dans le revêtement., mais stra tifiées de faqon que la surface extérieure 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 natu rellement être répartis dans le quartz. de préférence ceux qui se fondent ou se frittent à la même température due le quartz.
Dans le piston représenté à la fig. 4, la tête de piston est munie sur tonte sa surface d'un disque 24 en matériau réfractaire et calorifuge. Un segment. 25 est. placé dans des logements annulaires préparés dans les parois latérales de la, tête du piston et du disque protecteur et s'engage par -uni épaulement 26 en forme de coin dans une des rainures du disque. Le segment 25 est tenu en position par des vis 26'. La paroi intérieure supé rieure du cylindre et les parois de la. culasse sont. entièrement recouvertes d'un revêtement <B>27</B> en matériau calorifuge et réfractaire.
Dans la forme d'exécution représentée à la fi--. 5, des revêtements 8 et 9 en matériau réfractaire et calorifuge sont fixés aux pa rois du piston et de la. chambre par des ner- vures en queue d'hirondelle s'ajustant dans des rainures de forme correspondante des parties métalliques. Une couche 17 d'émail vitreux peut être placée entre les revêtements et les surfaces métalliques, afin d'obtenir ainsi un agglomérat permanent tel qu'il est indiqué, par exemple, entre la tête de piston et le disque de protection 8.
La fig. 6 représente une chambre de com- bustion et Lin piston dans lesquels des plaques de protection 8 et 9 en matériau réfractaire et calorifuge sont fixées au parois métal liques par des vis 10 et des écrous 11. Les têtes des vis 10 sont engagées dans des loge tnents fraisés dans les plaques calorifuges 8 et 9; les tiges des vis traversent les parois de la culasse et la tête du piston et se montent (le l'extérieur. De cette manière, tout contact des gaz de combustion avec les vis métal liques est évité.
La fig. 7 illustre une autre forme d'exé- eution dans laquelle un anneau 12 en maté riau calorifuge et réfractaire est encastré dans un épaulement 13 de la paroi du cy- liridre et s'étend verticalement afin de couvrir une partie des parois latérales de la calasse 6. Un revêtement réfractaire et calo- rifug-e 7.4 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.
Ainsi qu'il a été indiqué pour la tête de piston, les revêtements de protection peuvent Ît re fixés aux bases métalliques par des rivets 15 traversant lesdits éléments, la culasse et la tête du piston. Les têtes des rivets sont logées dans des évidements fraisés 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 fia. 8, la paroi du cylindre est protégée par un anneau 12 et la culasse 3 est entièrement faite en matériau réfractaire et calorifuge. La couche 16 forme une partie intégrante de la tête de piston et y est ap pliquée, par exemple, par pulvérisation.
Dans la forme d'exécution indiquée à la fig. 9, la tête de piston 4 est creusée et munie d'un rebord 28, fileté vers le centre dans le quel est vissé le disque fileté correspondant 29 en matériau réfractaire et calorifuge. Un jeu 30 est ménagé entre le disque 29 et la surface du piston 4, jeu qui augmentera l'effet calorifuge dû audit matériau. Ce jeu peut, en outre, communiquer avec l'intérieur du piston et le carter.
Dans la forme d'exécution représentée à, la fig. 10, la tête de piston 4, revêtue d'une couche 31 d'un matériau réfractaire à basse conductibilité thermique, présente un canal 32 pour la circulation d'un fluide réfrigé rant. Ce canal 32 traverse la partie métal lique du piston en direction axiale et con tinue en direction perpendiculaire jusqu'à l'axe du piston à travers la couche 31.
Les fig. 11 à 13 montrent diverses ma nières de faire adhérer la surface de matière calorifuge à la base de métal.
Le revêtement 18 présentant une surface rugueuse (fig. 12) ou munie de nervures (fig: 11) ou de rainures (fig. <B>13)</B> . est fait d'un matériau calorifuge et réfractaire ayant un point de fusion phis élevé que le métal. Le revêtement 18 et la paroi 19 sont liés par une couche 17 d'un émail vitreux ayant un point de fusion moins élevé que le métal.
Dans la fig. 12, la surface extérieure du matériau réfractaire a été vitrifiée par un traitement calorifuge approprié, afin que les gaz de combustion rencontrent une surface 20 absolument lisse.
La. fig. 14 représente une forme d'exécu tion du piston s'appliquant aux moteurs Diesel ou semi-Diesel munis d'une chambre de précombustion 21 dans laquelle la combuis- Lion commence et d'où elle se propage par le passage 22 dans le cylindre 23.
Le jet de gaz brûlants frappe la tête de piston 4 dans une zone protégée par une pièce 2" en matériau réfractaire et calorifuge, qui est encastrée dans la surface de la tête de piston. Cete pièce 2" peut être vissée dans un trou ou un logement fileté prévu dans la surface de la tête de piston. La fixation peut se faire par d'autres moyens, tels que le mon tage par boulons ou par ressorts.
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. Dans la forme d'exécution de soupape montée à la fig. 15, la. tête de la soupape et la partie de la tige voisine de la tête sont. recouvertes d'un matériau réfractaire et calorifuge 33.
La fig. 16 montre une soupape faite entièrement avec un matériau réfractaire et calorifuge 33 renforcé par des raccords mé talliques 34 pour diminuer le danger de cas sure.
La. fi-. 17 représente une soupape calo rifugée, dans laquelle la soupape est munie de nervures et de poches d'air 35, au-dessus desquelles est disposé le disque calorifuge 36, et un espace d'air est également laissé entre la tige et son revêtement réfractaire. Cette disposition diminue le poids de la soupape et évite les tensions entre le métal et le revête ment.
Internal combustion engine. One of the important problems in the construction of internal combustion engines is to avoid overheating of the walls of the compression and combustion chamber, and in particular of the piston and the segments.
The object of the invention is. an internal combustion engine, in which at least part of the walls of its combustion chamber limited by the. inner wall of the cylinder head, the inner wall of the cylinder and the piston head is provided with a heat insulating and refractory lining.
This engine is characterized by the fact that the coating consists of an agglomerated mixture of quartz and metal particles, in which said particles are distributed in the quartz, the outer surface (the coating being formed, at least in its largest part , by quartz, while the surface of the coating in contact with the metal wall consists, at least in its phis large part, of metal.
The coating consisting of a mixture of quartz and metallic particles can be formed by plates, sheets or discs, or by other elements of special shape which are maintained, in a permanent or detachable manner, on the walls. of the combustion chamber and / or on the valve discs and stems, and on the piston head, by means of nuts and bolts, rivets, etc. The heads of the bolts or rivets are preferably placed in the heat-insulating material, so that they are protected against direct contact with the combustion gases.
They can also be covered with a layer of the same heat-insulating material or of a similar material, this to prevent the bolts and rivets from acting as heat conductors towards the metal parts of the engine.
The heat-insulating and protective refractory lining can be cemented to the underlying metal surfaces in a permanent manner by means of intermediate bonding layers. All the agglomerating means and enamels which are suitable for binding metals and ceramic materials can be used, for example vitreous metals based on bo rax, or compositions containing silicates, kaolin, etc.
The varnish or enamel must be chosen from the point of view of the vitrification which must take place at a temperature below the melting point of the metal of which the parts of the engine to be coated are composed. The bond between the metal parts and the conductive body can be strengthened by joining irregularly shaped or rough-contacting surfaces or providing them with ribs and profiled grooves, etc.
The heat-insulating material and. refractory can also, in a very fine state, for example powder, be sprayed at room temperature or at higher temperatures on metal surfaces. The final cohesion and structure of the pulverized material can be made by mixing therein a binder melted by a subsequent heat treatment.
The appended drawings represent, by way of example, several embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 shows, schematically, in vertical section, an embodiment of the internal combustion engine, object of the invention.
Fig. 2 shows, separately. in vertical section, two parts of a heat insulating disc. The fi-. 3 shows a partial vertical section of a piston equipped with the heat-insulating disc shown in FIG. 2.
Figs. 4 to 8 represent in vertical section other embodiments of the engine which is the subject of the invention.
Figs. 9 and 10 show in section two special embodiments of the piston.
Figs. 11 to 13 show, on a large scale, partial sections of various embodiments of the walls of the combustion chamber.
Fig. 14 shows, in vertical section, a partial view of the cylinder and the piston of another embodiment relating to a diesel engine with a precombustion chamber.
Figs. 15 to 17 are rites in elevation, partly in section, of three embodiments of the valves.
In the embodiment shown in FIG. 2, the piston coating comprises a disc 1 of molten or sintered quartz and a disc 2 containing. metal particles distributed in molten or sintered quartz. As it is clearly indicated in the drawing, the metal particles are distributed in said. disc 2 such that the bottom composition consists entirely or largely of metal and that of the top completely or largely of quartz, the metal content gradually decreasing towards the top. The flg. 3 shows how, disks 1 and 2 can be adopted on the head of a udder 4.
Quartz disc 1 is. placed on the quartz surface of disc 2 and the assembled discs are heated to a temperature sufficient for the quartz and metal particles of disc 2 to agglomerate or melt together to provide a solid cohesion of the quartz surfaces of the discs. two discs. A temperature of about 1500 to 1550 C is an adequate temperature to obtain a firm agglomeration of quartz and metal particles.
A single compact disc 3 is thus obtained, the upper part of which is composed of molten or sintered quartz and the lower part of which contains a greater quantity of metal as it goes downward, and a lower surface composed practically of metal. pure. This disc 3 is fixed to the piston 4 by brazing it or by welding it with a silver key, for example.
In the. embodiment of the motor shown in FIG. 1, 4 designates the piston, 5 the cylinder, 6 the cylinder head and 7 the valves. The upper part of the cylinder walls, the cylinder head, the piston crown and the heads (the valve heads are covered with the coating. 8 consisting of a mixture of sintered quartz and iron.
As can be seen from the drawing, the iron particles are not evenly distributed in the coating, but are laminated as the outer surface of the coating. consists of pure quartz, while the contact surface, with the metal bases, consists mainly of iron.
Metals other than iron can naturally be distributed in quartz. preferably those which melt or sinter at the same temperature due to quartz.
In the piston shown in fig. 4, the piston head is provided over its entire surface with a disc 24 made of refractory and heat-insulating material. A segment. 25 est. placed in annular housings prepared in the side walls of the piston head and the protective disc and engages by -uni shoulder 26 in the form of a wedge in one of the grooves of the disc. The segment 25 is held in position by screws 26 '. The upper inner wall of the cylinder and the walls of the. cylinder head are. completely covered with a <B> 27 </B> coating of heat-insulating and refractory material.
In the embodiment shown in fi--. 5, coatings 8 and 9 of refractory and heat-insulating material are attached to the pa rois of the piston and the. chamber by swallowtail ribs fitting into correspondingly shaped grooves of the metal parts. A layer 17 of vitreous enamel may be placed between the coatings and the metal surfaces, thereby obtaining a permanent agglomerate as indicated, for example, between the piston head and the protective disc 8.
Fig. 6 shows a combustion chamber and a piston in which protective plates 8 and 9 made of refractory and heat-insulating material are fixed to the metal walls by screws 10 and nuts 11. The heads of the screws 10 are engaged in housings. tnents milled in the heat insulating plates 8 and 9; the shanks of the screws pass through the walls of the cylinder head and the head of the piston and are mounted on the outside. In this way, any contact of the combustion gases with the metal screws is avoided.
Fig. 7 illustrates another form of embodiment in which a ring 12 of heat-insulating and refractory material is embedded in a shoulder 13 of the wall of the cylinder and extends vertically in order to cover part of the side walls of the shell. 6. A refractory and heat-insulating coating 7.4 est. fixed inside the top. of the cylinder head in order to completely protect the walls thereof against everything. contact with combustion gases.
As indicated for the piston head, the protective coverings can be attached to the metal bases by rivets 15 passing through said elements, the cylinder head and the piston head. The heads of the rivets are housed in countersunk recesses in the protective linings and protected by a layer or pad of the same refractory and heat-insulating material or similar material.
In the fia. 8, the cylinder wall is protected by a ring 12 and the cylinder head 3 is entirely made of refractory and heat-insulating material. Layer 16 forms an integral part of the piston head and is applied thereto, for example, by spraying.
In the embodiment shown in fig. 9, the piston head 4 is hollowed out and provided with a flange 28, threaded towards the center in which is screwed the corresponding threaded disc 29 of refractory and heat-insulating material. A clearance 30 is provided between the disc 29 and the surface of the piston 4, a clearance which will increase the heat-insulating effect due to said material. This clearance can also communicate with the interior of the piston and the housing.
In the embodiment shown in, FIG. 10, the piston head 4, coated with a layer 31 of a refractory material with low thermal conductivity, has a channel 32 for the circulation of a refrigerant fluid. This channel 32 passes through the metal part of the piston in the axial direction and continues in a perpendicular direction to the axis of the piston through the layer 31.
Figs. 11 through 13 show various ways of adhering the surface of heat insulating material to the metal base.
The coating 18 having a rough surface (fig. 12) or provided with ribs (fig: 11) or grooves (fig. <B> 13) </B>. is made of heat-insulating and refractory material having a higher melting point than metal. The coating 18 and the wall 19 are linked by a layer 17 of a vitreous enamel having a melting point lower than the metal.
In fig. 12, the outer surface of the refractory material has been vitrified by a suitable heat-insulating treatment, so that the combustion gases meet an absolutely smooth surface.
Fig. 14 shows an embodiment of the piston applying to diesel or semi-diesel engines fitted with a precombustion chamber 21 in which combustion begins and from where it propagates through passage 22 in cylinder 23 .
The hot gas jet hits the piston head 4 in an area protected by a part 2 "of refractory and heat-insulating material, which is embedded in the surface of the piston head. This part 2" can be screwed into a hole or a hole. threaded housing provided in the surface of the piston head. Fixing can be done by other means, such as mounting by bolts or springs.
It is preferable to apply a refractory and heat-insulating coating only to the surfaces of the head and / or to the valve stems, which coating itself contributes to protecting the valve and. to increase its duration. In the embodiment of the valve mounted in FIG. 15, the. head of the valve and the part of the stem adjacent to the head are. covered with refractory and heat-insulating material 33.
Fig. 16 shows a valve made entirely of a refractory and heat-insulating material 33 reinforced by metal fittings 34 to decrease the danger of a safe case.
The. Fi-. 17 shows a heat-insulated valve, in which the valve is provided with ribs and air pockets 35, above which is disposed the heat-insulating disc 36, and an air space is also left between the stem and its refractory lining . This arrangement reduces the weight of the valve and avoids tensions between the metal and the coating.