Moteur à combustion interne La présente invention a pour objet un moteur à combustion interne à piston à allu mage par compression, présentant un espace de combustion formé en majeure partie au moins par une chambre communiquant avec l'extrémité intérieure du cylindre par une ouver ture de section inférieure à celle de ce cylindre, des moyens agissant de façon que la charge contenue dans cette chambre à la fin de la course de compression soit animée d'un mou vement de rotation, et un dispositif pour injec ter le combustible dans ladite chambre.
On a trouvé que, lorsque l'injection de combustible est dirigée dans une direction formant, avec la direction du déplacement de l'air dans l'axe du canal d'injection et au voisi nage de ce canal, un angle notablement supé rieur à 900, elle est favorable au démarrage mais défavorable pour les performances du moteur lorsque le combustible est injecté en quantité considérable.
Ainsi, la disposition idéale convenant à la fois au démarrage et à la marche en charge serait d'injecter l'ensemble de la charge de combustible à contresens pour le démarrage à froid du moteur et, lorsque le moteur marche et fournit une puissance efficace normale, d'injecter la charge de combustible dans le sens, par exemple celui du tourbillon- nement de l'air, donnant un résultat satisfai sant pour cette condition de marche.
On a constaté, cependant, qu'une petite quantité de combustible injectée à contresens pendant ,la marche normale n'influence pas défavorable ment la puissance efficace maximum et le ren dement à un degré appréciable, pourvu que cette quantité soit petite par rapport à la quan tité totale de combustible injectée.
Par exemple, 'la quantité injectée à contresens pendant la marche normale pourrait, sans inconvénient, être de l'ordre de 10 % à 15 % de la charge totale de combustible injectée.
La raison pour laquelle l'injection du combustible à contresens, par rapport au sens de rotation de l'air dans la chambre de combustion, facilite le démarrage, est la sui vante : il est raisonnable de supposer, et les expériences l'ont indiqué, que dans un moteur tel que celui indiqué ci-dessus, l'air le plus chaud se trouvant dans la chambre de combus tion vers la fin de la course de compression est situé près du centre de ladite chambre.
A l'appui de cette constatation, on peut dire que l'air contenu dans une zone cylindrique s'étendant le long d'un axe autour duquel l'air tourne et dont le rayon est approximativement égal à la moitié du rayon d'une chambre de combustion sphérique peut être considéré comme presque stationnaire comparativement à l'air tournant rapidement à la périphérie de la chambre.
Pendant la course de compression, l'air contenu dans cette zone centrale est comprimé sans être déplacé de façon appré ciable par rapport à sa position initiale, car l'air pénétrant dans la chambre, par exemple par un conduit tangentiel, est dévié vers la périphérie de la chambre sphérique et tourne ainsi en grande partie autour d'une zone d'air comparativement stationnaire, cette zone s'éten dant autour de l'axe de rotation de l'air et étant soumise au minimum de pertes de cha leur, car elle n'est pas en contact avec la paroi de la chambre.
En injectant le combustible à contresens, le jet de combustible heurte l'air dense tournant dans le sens contraire et une partie de ce jet, sous forme finement pulvéri sée, est déviée dans ou vers le noyau d'air chaud qui se trouve au centre de la chambre, de sorte que l'allumage de cette partie<B>-de</B> la charge de combustible est ainsi facilité. Le choc qui se produit entre le jet de combustible injecté à contresens et l'air dense qui tourbil lonne ralentit également ce jet et diminue sa tendance à traverser l'air et à atteindre la paroi de la chambre.
De plus, le jet de combustible finement pulvérisé est dispersé par cette colli sion et est mélangé plus intimement avec la charge d'air, formant ainsi un mélange apte à soutenir l'allumage du mélange amorcé dans le noyau chauffé.
Le moteur à combustion interne faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce que ledit dispositif d'injection comprend un canal d'injection principal et un canal d'injection auxiliaire et une pompe à combustible pour les alimenter, la disposition étant telle qu'un jet de combustible injecté dans la chambre par le canal auxiliaire soit dirigé à contresens par rapport au sens de rotation de la charge conte nue dans cette chambre, les deux canaux étant commandés de façon qu'ils s'ouvrent chacun sous l'effet de la pression du combustible,
le tout étant agencé de façon telle que le canal d'injection auxiliaire s'ouvre poux une pression inférieure à celle pour laquelle s'ouvre le canal d'injection principal, ce dernier étant com mandé par une soupape actionnée par la pres sion du combustible et comprenant une partie qui pénètre dans un tronçon de forme corres pondante du canal principal pour interrompre le passage du combustible par ce canal, la disposition étant telle que la section de passage efficace du canal principal augmente progressi vement lorsque la soupape est déplacée par suite d'une augmentation de la pression du combustible au-delà de la valeur correspondant à l'ouverture du canal,
cette section de passage efficace pouvant atteindre une valeur supérieure à la section de passage efficace maximum du canal d'injection auxiliaire.
Le dessin représente, à titre d'exemple, plu sieurs formes d'exécution du moteur faisant l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une élévation en coupe à tra vers un cylindre d'une première forme d'exé cution. La fig. 2 est une coupe schématique, dans le même plan que celui de la fig. 1 et à plus grande échelle, montrant la chambre de combus tion de cette forme et indiquant l'écoulement du combustible à partir de l'injecteur au démar rage.
La fig. 3 est une vue semblable à celle de la fig. 2, indiquant l'écoulement du combustible à partir de- l'injecteur à la vitesse et à la puis sance normales de marche. La fig. 4 est un graphique représentant les quantités de combustible qui s'écoulent respec tivement à travers le canal auxiliaire de l'injec teur et à travers son canal principal commandé par une soupape, ainsi que la quantité totale de combustible débitée par l'injecteur, en fonction de la vitesse de rotation du moteur.
La fig. 5 est une coupe axiale schématique de l'injecteur de cette forme montrant la sou pape appliquée sur son siège et empêchant tout écoulement de combustible. La fig. 6 est une coupe semblable à celle de la fig. 5, montrant la soupape complètement soulevée, pour permettre le libre écoulement du combustible. La fig. 7 est une élévation en coupe à tra vers la chambre de combustion d'une deuxième forme d'exécution comprenant deux injecteurs par cylindre.
La fig. 8 est une élévation partielle en coupe d'une troisième forme d'exécution com prenant une chambre de combustion sphérique et un seul injecteur injectant dans cette chambre.
La fig. 9 est une vue semblable d'une va riante de la chambre de combustion représentée à la fig. 8, variante dans laquelle l'injecteur unique est monté dans une autre position que celle représentée à la fig. 8..
La fig. 10 est une élévation partielle en coupe d'une quatrième forme d'exécution com prenant une chambre de combustion sphérique ménagée dans la culasse du cylindre et munie de deux injecteurs séparés.
La fig. 11 est une élévation partielle en coupe d'une cinquième forme d'exécution com prenant une chambre de combustion de forme cylindrique ménagée dans la culasse du cylindre et dans laquelle l'air est forcé de circuler de la même manière que celle selon laquelle il pénètre dans le cylindre.
La fig. 12 est une coupe selon 12-12 de la fig. 11, vue dans la direction des flèches.
La fig. 13 est une élévation partielle en coupe d'une sixième forme d'exécution compre nant un cylindre muni de lumières d'admission d'air ménagées dans ses parois de façon à être démasquées par le piston, et une chambre de combustion ménagée dans la culasse du cylindre et agencée de façon que l'air y tourne du fait de la disposition tangentielle desdites lumières.
La fig. 14 est une coupe selon 14-14 de la fig. 13, vue dans la direction des flèches ; et la fig. 15 est une coupe de la chambre de combustion d'une septième forme d'exécution analogue à celle représentée aux fig. 13 et 14, mais comprenant deux injecteurs séparés.
Le moteur à combustion interne représenté en fig. 1 est du type à allumage par compres sion et comporte un espace de combustion formé en majeure partie au moins par une chambre A communiquant avec l'extrémité intérieure d'un cylindre B et par des cavités C prévues dans la face d'un piston D, le combus tible étant fourni à partir d'un injecteur E dans la chambre A, dans laquelle à la fin de la course de compression la partie principale de la charge d'air est forcée à travers un passage tangentiel F de section inférieure à celle du cylindre.
Ce passage traverse un bouchon G formé en une matière résistant à la chaleur et monté dans la culasse H de manière à réduire les pertes de chaleur à partir dudit organe G. Du combustible est amené à l'injecteur E par une conduite J à partir d'une pompe d'injection JI. Dans le cas d'un moteur à quatre temps, cette pompe est entraînée à la demi-vitesse du moteur. Les détails de l'injecteur sont représentés aux fig. 5 et 6.
A l'intérieur d'une enveloppe K est ménagé un siège conique KI pour une sou pape et au-delà de ce siège se trouvent un tronçon cylindrique K2 d'un canal principal de sortie du combustible. Le siège KI est disposé entre le tronçon K2 et une chambre annulaire K3 formée dans l'enveloppe K autour de la soupape et dans laquelle le combustible est débité sous pression de la manière habituelle. La soupape comprend un corps L avec une partie conique<I>LI</I> formée dans ce corps et agencée de manière à venir en prise avec le siège KI.
Une partie cylindrique L2 s'étend à partir du corps<I>L</I> au-delà de la partie<I>LI,</I> cette partie L2 pouvant pénétrer et s'ajuster dans le tronçon K2, comme représenté en fig. 5, des cônes L3, L4 étant portés par l'extrémité de cette partie cylindrique. Lorsque la soupape L est placée avec sa partie<I>LI</I> appliquée contre le siège KI, une chambre annulaire M est for mée autour de la partie L2 et au-delà de la soupape.
Un canal auxiliaire N partant de cette chambre traverse l'enveloppe K, d'un côté du tronçon K2. L'axe du canal auxiliaire N forme un angle par rapport à l'axe de la soupape L et du tronçon K2 du canal principal de sortie. La soupape L est sollicitée par un ressort, non représenté, et qui tend à mainte nir la partie<I>LI</I> appliquée sur son siège KI. La construction décrite fonctionne de la façon suivante : lorsque du combustible est amené sous pression dans la chambre K3, la soupape se soulève et lorsque la partie conique LI quitte son siège KI, du combustible pénètre dans la chambre annulaire M.
A chaque course de débit dela pompe à combustible une décharge de combustible se fait à travers le canal auxi liaire N, avant la décharge principale du combustible à travers le tronçon K2 commandé par la partie L2. Ceci est dû à la rapide élé vation de pression dans la chambre M qui provoque la décharge à travers le canal auxi liaire N, tandis que la partie cylindrique L2 ferme encore le tronçon K2.
Dès que cette partie cylindrique L2 s'écarte de l'extrémité intérieure du tronçon K2, une certaine quantité de combustible est débitée à chaque cycle à travers ce tronçon et cette quantité augmente progressivement à mesure que la soupape est déplacée, la quantité de combustible débitée à chaque cycle à travers le canal auxiliaire N diminuant. Cette diminution s'explique par le fait que la résistance offerte à l'écoulement du combustible à travers le tronçon K2 diminue progressivement en même temps que la résis tance à l'écoulement à travers le canal auxi liaire N augmente.
Avec l'injecteur décrit, la section de passage efficace du canal principal augmente progressivement lorsque la soupape est déplacée par suite d'une augmentation de la pression du combustible au-delà de la valeur correspondant à l'ouverture du canal, cette section de passage efficace pouvant atteindre une valeur supérieure à la section de passage efficace maximum du canal d'injection auxi liaire N.
Cet injecteur est utilisé dans le moteur décrit pour obtenir automatiquement un chan gement désirable de débit de combustible dans la chambre de combustion A, tout d'abord lorsque le moteur démarre et ensuite lorsqu'il marche avec une puissance efficace normale.
Le fonctionnement de l'injecteur décrit supposé être alimenté en combustible par une seule pompe à piston et est illustré à la fig. 4. La courbe de débit total 1 montre la quantité débitée par la pompe à chaque course de celle-ci, à des vitesses différentes, ce débit étant exprimé en mm3 par course de la pompe. La courbe 11 montre la quantité débitée à tra vers le canal principal commandé par la sou pape, par course de la pompe.
La courbe<I>III</I> montre la quantité débitée à travers le canal auxiliaire N par course de la pompe. A une vitesse donnée, la somme des valeurs corres pondant à cette vitesse sur les courbes<I>II</I> et<I>11l</I> est égale à la valeur indiquée par la courbe 1, pour la même vitesse. Pour le démarrage d'un moteur à allumage par compression du type décrit ci-dessus, il est usuel de faire tourner le moteur à une vitesse d'environ cent tours par minute.
A cette vitesse, dans le cas d'un moteur à quatre temps et comme il ressort du graphi que de la fig. 4, la pompe, lorsqu'elle tourne à cinquante tours par minute, fournit environ 70 mm3 de combustible par course, dont 63 mm3 ou 90 % du combustible débité est déchargé à travers le canal auxiliaire N,
tandis que seulement 7 mm3 ou 10 9/o est débité à travers le canal principal commandé par la soupape. Dans ces conditions, c'est-à-dire à une vitesse du moteur de cent tours par minute, la disposition des jets de combustible et leurs proportions sont indiquées schématiquement à la fig. 2, dans laquelle O désigne le jet débité à contresens à travers le canal auxiliaire N et comprenant la plus grande quantité de combus tible à contre-courant, tandis que P désigne le jet comprenant une relativement faible quantité de combustible débité à travers le tronçon K2 du canal principal,
dans le sens de la rotation de l'air dans la chambre A.
On a déjà dit que l'air le plus chaud contenu dans la chambre A se trouve près du centre de cette chambre. On comprendra qu'une quantité appréciable de la partie complètement pulvérisée du jet O, provenant du passage auxi- liaire N et se dirigeant dans le sens de la flèche Q, est ramenée en arrière vers le centre de la chambre par la charge d'air qui tourbil- lonne autour de cette chambre.
Lorsque la vi tesse du moteur augmente à partir de sa vitesse de démarrage, les proportions relatives de combustible débitées respectivement par le tronçon K2 et par le canal auxiliaire N chan-. gent de la façon indiquée par les courbes II et <I>1I1</I> de la fig. 4.
Lorsqu'une vitesse élevée de l'ordre de deux mille à deux mille quatre cents tours par minute a été atteinte, dans le cas illustré par le graphique, les proportions de combustible débité par les deux orifices se sont modifiées comme indiqué par les courbes II et<I>III</I> et les proportions relatives des jets sortant des deux canaux sont celles représentées schématiquement en OI et<I>PI</I> à la fig. 3.
Comme on le remarque en regard des fig. 2 et 3, en disposant convenablement le canal N par -rapport au tronçon K2 du canal principal et en plaçant convenablement l'en semble de l'injecteur dans la paroi de la cham bre A, le combustible sortant du canal N est débité, comme représenté, sous forme d'un jet dirigé à contresens et dans la position radiale désirée, en travers de la chambre et vers la paroi du bouchon G.
D'autre part, le jet de combustible débité à travers le tronçon K2 est dirigé dans le sens de la rotation de l'air, sous forme d'un jet dont l'axe traverse la chambre de combustion et qui est ensuite orienté dans la direction - radiale désirée, mentionnée ci- dessus. Ainsi, l'injecteur agit automatiquement pour fournir aux vitesses inférieures du moteur, vitesses qui entrent en ligne de compte lors du démarrage à froid, la quantité initiale de com bustible désirée sous forme d'un jet à contre sens ;
mais, lorsque la vitesse du moteur aug mente, lorsqu'il marche dans des conditions normales et que le débit de combustible aug mente par conséquent, la quantité débitée par cycle par le jet provenant du tronçon K2 aug mente. En même temps, la quantité débitée par cycle à travers le canal auxiliaire N dimi nue. Lorsque la commande de la pompe d'injection de combustible est réglée pour débiter la quantité désirée de combustible à une puissance et une vitesse maximum, la pro portion des quantités de combustible débitées respectivement par le jet<I>PI</I> et par le jet OI peut être approximativement de 85 à 15.
D'au tre part, pour le faible débit de combustible obtenu aux faibles vitesses du moteur et de la pompe, lors du démarrage, cette proportion peut être de 10 pour le jet P à 90 pour le jet O. La fig. 7 représente une deuxième forme d'exécution dans laquelle le combustible est débité de la manière désirée au moyen de deux injecteurs séparés<B>El</B> et E2 qui présentent des caractéristiques débit-pression différentes. Un de ces injecteurs -El est disposé en vue de débiter dans le sens indiqué par les flèches Q, suivant lequel tourne l'air qui a été forcé dans la chambre de combustion A.
L'autre injecteur E2 est disposé en vue de débiter .du combustible à contresens, c'est-à-dire dans le sens opposé à celui des flèches Q. Les deux injecteurs sont alimentés simultanément en combustible par des tuyaux J2 <I>et</I> J3 à partir d'une conduite d'alimentation principale J par tant d'une pompe d'injection de combustible à piston, telle que celle indiquée en Jj à la fig. 1.
La disposition est telle que, lorsque le débit de combustible augmente, la proportion de la quantité totale de combustible qui est débitée par l'injecteur<B>El</B> augmente, tandis que la pro portion de la quantité totale de combustible qui est débitée par l'injecteur E2 diminue. De plus, la disposition et le fonctionnement des injecteurs<B>El</B> et E2 sont tels que pour de faibles débits de combustible, l'injecteur E2 débite seul dans la chambre de combustion A. A cet effet, l'injecteur E' est agencé comme l'injecteur des fig. 5 et 6, sauf qu'il ne présente pas le canal auxiliaire N.
L'injecteur E1 de la forme d'exécution re présentée à la fig. 7 est un injecteur à pointeau qui est placé de manière à débiter, du combus tible sous forme d'un jet dirigé dans le sens des flèches Q suivant lequel l'air tourbillonne lorsqu'il a été forcé dans la chambre A à tra vers le passage F, pendant la course de compres sion du piston D. L'injecteur E2 est placé, comme représenté, de façon à débiter un jet de combustible dans le sens opposé à celui indiqué par les flèches Q, suivant lequel l'air tourne dans la chambre.
Cet injecteur à contre sens E2 comporte une soupape chargée par un ressort qui commande l'écoulement à travers un trou unique. Il diffère de l'injecteur<B>El</B> en ce que ladite soupape ne commande pas la section efficace de ce trou, celle-ci restant par conséquent la même lorsque la pression aug mente.
La charge initiale du ressort ou la pression d'ouverture de l'injecteur<B>El</B> est plus élevée que la pression d'ouverture de l'injecteur E2 qui débite à contresens, de sorte que, lorsque la pression du combustible augmente dans la conduite commune T, la proportion de la quan tité de combustible débitée par l'injecteur<B>El</B> à celle débitée par l'injecteur E2 croît.
Cette disposition qui conduit au même résultat que celui de l'injecteur des fig. 5 et 6 a pour effet qu'au démarrage, lorsque le débit de combus tible est faible en raison<B>de</B> la faible vitesse du moteur, et aux vitesses élevées du moteur si la pompe est réglée pour débiter de très petites quantités de combustible, le moteur étant peu ou pas chargé, la totalité du combus tible débité par la pompe est déchargé par l'injecteur E2, aucun combustible n'étant dé chargé par l'injecteur<I>El.</I>
Une soupape R permet de mettre hors cir cuit l'injecteur E2 après le démarrage du mo teur.
La chambre de combustion A d'une troi sième forme d'exécution représentée à la fig. 8 est sphérique et montée dans la culasse H? du cylindre avec lequel ladite chambre A commu nique par un passage<I>FI,</I> débouchant tangen tiellement dans cette chambre et de section inférieure à -celle du cylindre. Cette forme d'exécution se distingue de celle représentée aux fig. 1, 2 et 3, en ce que le passage<I>FI</I> s'étend dans une direction sensiblement paral lèle à l'axe du cylindre B.
La disposition est telle que, pendant la montée du piston D, la charge d'air contenue dans le cylindre est for cée à travers le passage<I>FI</I> jusque dans la chambre A, de sorte que cet air tourne ou tourbillonne dans la chambre, dans le sens indiqué par la flèche Q et sensiblement autour du centre de cette chambre. Un injecteur uni que E est monté dans la chambre, cet injecteur étant construit comme décrit en référence aux fig. 5 et 6 et débitant deux jets de combustible séparés, comme indiqué par les flèches P2 et 02.
Le jet P' est débité dans le sens indiqué par la flèche Q, suivant lequel l'air tourbil- lonne dans la chambre A et le jet 02 est dirigé à contresens par rapport au sens suivant lequel l'air tourbillonne dans la chambre.
Dans la variante de cette troisième forme d'exécution représentée à la fig. 9, la forme générale et la disposition de la chambre de combustion<I>AI,</I> ménagée dans la culasse H2 du cylindre, sont semblables à celles repré sentées à la fig. 8, cette chambre étant égale ment sphérique. Cependant, cette variante comporte un organe d'obturation A2 qui forme la partie de la chambre éloignée de l'extrémité du cylindre <I>B,</I> cet organe A2 n'étant pas direc tement refroidi et pouvant ainsi retenir de la chaleur et aider la combustion de manière connue.
Un passage F2 débouchant tangentiel lement dans la chambre<I>AI</I> forme un angle avec l'axe du cylindre B. Du combustible est également injecté par un injecteur unique E comportant un canal principal et un canal auxiliaire, comme celui représenté aux fig. 5 et 6, et débitant des jets séparés, comme indi qué par les flèches P2 et 02. Le jet P2 est débité dans le sens de rotation de l'air tournant dans la chambre, c'est-à-dire dans le 'sens indiqué par la flèche Q, tandis que le jet 02 sort dans le sens contraire à celui de rotation de l'air tourbillonnant.
Une quatrième forme d'exécution repré sentée à la fi,-. 10 comprend une chambre de combustion sphérique<I>A3</I> ménagée dans la culasse H3 d'un cylindre qui se termine par une partie conique. Un passage F3 de section plus petite que celle du cylindre débouche tangentiellement dans la chambre A3, à partir du centre de la partie conique de la culasse H3. De l'air provenant du cylindre est forcé dans la chambre A3 par le passage F3 au moyen d'un piston<B>Dl</B> qui a une forme conique cor respondant à la forme de la culasse H3 du cylindre et qui est également muni d'une saillie centrale D2,
agencée de manière à pénétrer au moins en partie dans le passage F3, comme indiqué à la fig. 10, à la fin de la course vers l'extérieur de ce piston. L'air contenu dans la chambre A3 tourne approximativement autour du centre de cette chambre, dans le sens indi qué par la flèche Q. Deux injecteurs de combustible séparés<I>El</I> et E2 sont montés dans la chambre de combus tion A3.
Ces injecteurs sont construits de façon semblable à ceux représentés et décrits en réfé rence à la fig. 7 et, de la même manière, ils débitent du combustible suivant deux jets diri gés respectivement dans le même sens et dans le sens contraire à celui suivant lequel l'air tourne dans la chambre A3. La direction du jet sortant de l'injecteur<I>El</I> est indiquée par la flèche S, tandis que la direction du jet sortant de l'injecteur E2 est indiquée par la flèche T.
Comme dans le cas des deux injecteurs repré sentés en fi-. 7, les injecteurs<I>El</I> et E2 sont alimentés en combustible à partir d'une seule pompe à piston, débitant à travers une conduite J, à partir de laquelle des embranchements J2 et J3 mènent respectivement aux injecteurs<I>El</I> et E2. RI désigne une soupape semblable à celle représentée en R à la fig. 7, au moyen de laquelle le débit de combustible provenant de la conduite J et allant dans l'embranchement F et à l'injecteur E2 peut être interrompu.
Dans une cinquième forme d'exécution re présentée aux fi-. 11 et 12, la chambre de combustion A4 est cylindrique et de section moindre que celle du cylindre, son axe coïnci dant avec l'axe du cylindre Bl et l'extrémité de cette chambre est entièrement ouverte vers le cylindre. Le piston D est situé à l'intérieur d'un fourreau U à mouvement de va-et-vient dans lequel des lumières Ul sont ménagées de façon à venir en correspondance avec des lumières B2 ménagées dans la paroi du cylindre B et à travers lesquelles les gaz peuvent s'échapper.
Des lumières semblables (non représentées) ménagées dans le fourreau U et dans la paroi du cylindre servent à l'admission de la charge d'air, de la façon connue et en obligeant cet air à tourner autour de l'axe du cylindre, lors qu'il pénètre dans celui-ci. Lors de la course de compression du piston D, cet air est forcé dans la chambre de combustion A4, où il tourne comme indiqué par la flèche <I>QI,</I> en suivant un parcours autour de l'axe de la chambre A4. Un injecteur unique E3 est monté comme représenté,
son axe étant pratiquement parallèle à l'axe de la chambre A4. Cet injec- teur est de construction semblable à celle de l'injecteur décrit en référence aux fig. 5 et 6 et débite ainsi du combustible suivant des jets orientés dans deux directions différentes, dont l'une est indiquée par la flèche P3 et l'autre par la flèche 03.
Le jet de combustible P3, issu du canal d'injection principal, est dirigé sensi blement parallèlement à l'axe du cylindre Bl et de la chambre A4, ce jet étant ainsi dirigé perpendiculairement à la direction selon la quelle l'air tourne dans ladite chambre A4 et étant légèrement entramé par la rotation de l'air, de sorte qu'il présente une faible compo sante de vitesse de rotation dans le sens des flèches Ql. D'autre part, le jet<I>03</I> issu du canal auxiliaire est dirigé, comme indiqué à la fig. 12, dans le sens opposé à celui de rotation de l'air.
Les fig. 13 et 14 représentent une sixième forme d'exécution qui comprend une chambre de combustion A5, qui a la forme -d'un corps de révolution autour d'un axe coïncidant avec l'axe du cylindre B3. Une soupape V comman dant l'écoulement des gaz d'échappement à partir de la chambre A5 commande une lumière ménagée dans cette chambre,
cette lumière étant opposée à l'ouverture de section moindre que celle du cylindre prévue dans la culasse H4 du cylindre par laquelle la chambre communi que avec l'extrémité du cylindre. Le cylindre B3 est muni d'un fourreau B° présentant des lumières B5 disposées de façon à être décou vertes par le piston D à la fin de sa course extérieure.
Les lumières B5 sont disposées tan gentiellement, comme indiqué à la fig. 14, de sorte que l'air entrant dans le cylindre à la fin de la course d'admission acquiert un mouve ment de rotation dans le cylindre, autour de l'axe de celui-ci.
Par conséquent, lorsque cet air est forcé jusque dans la chambre A5 par le piston, vers la fin de la course intérieure de celui-ci, il a un mouvement tournant dans cette chambre, comme indiqué par la flèche Q2. Un injecteur unique E est prévu dans la culasse H4 du cylindre et est construit, par exemple, comme représenté aux fig. 5 et 6 et agencé de manière à débiter des jets de combustible dans les deux directions, représentées par les flèches P3 et 03 à la fig. 14.
Le jet P3 est débité dans le même sens que celui de rotation de l'air indiqué par la flèche Q2, tandis que le jet 02 est débité à contresens par rapport à la rotation de l'air.
La septième forme d'exécution, partielle ment représentée à la fig. 15, comprend une chambre de combustion A5 qui peut présenter une forme semblable à celle représentée à la fig. 13 et dans laquelle l'air est animé d'un mouvement tourbillonnant autour du centre de cette chambre, comme indiqué par la flèche Q2. Ce mouvement tourbillonnant est obtenu en faisant pénétrer l'air dans le cylindre à travers des lumières d'admission tangentielles.
La chambre A5 est munie de deux injecteurs sépa rés<I>El</I> et E2 agencés comme ceux du moteur de la fig. 7, l'injecteur<I>El</I> débitant un jet de combustible S dans le sens de rotation de l'air dans la chambre A5, tandis que l'injecteur E2 débite un jet désigné par la flèche T, dirigé dans le sens- opposé -au sens de rotation de l'air tourbillonnant.
Du combustible provenant d'une pompe unique est fourni à ces deux injecteurs par une conduite commune J et des embran chements J2 et J3, une soupape Rl permettant d'interrompre l'alimentation en combustible de l'injecteur E2. Comme dans les formes d'exé cution précédentes, les deux injecteurs sont agencés de telle manière que le canal d'injection auxiliaire s'ouvre pour une pression inférieure à celle pour laquelle s'ouvre le canal d'injec tion principal.
Internal combustion engine The present invention relates to an internal combustion piston engine with compression ignition, having a combustion space formed for the most part at least by a chamber communicating with the inner end of the cylinder by an opening of section smaller than that of this cylinder, means acting so that the load contained in this chamber at the end of the compression stroke is driven by a rotational movement, and a device for injecting fuel into said chamber.
It has been found that, when the injection of fuel is directed in a direction forming, with the direction of movement of the air in the axis of the injection channel and in the vicinity of this channel, an angle notably greater than 900, it is favorable to starting but unfavorable for engine performance when fuel is injected in considerable quantity.
Thus, the ideal arrangement suitable for both starting and running under load would be to inject the entire load of fuel backwards for cold starting of the engine and, when the engine is running and delivering normal effective power. , to inject the fuel charge in the direction, for example that of the vortex of the air, giving a satisfactory result for this operating condition.
It has been found, however, that a small quantity of fuel injected against the grain during normal operation does not adversely affect the maximum effective power and the efficiency to an appreciable degree, provided that this quantity is small compared to the total quantity of fuel injected.
For example, the quantity injected against the grain during normal operation could, without inconvenience, be of the order of 10% to 15% of the total load of fuel injected.
The reason why injecting fuel in the opposite direction, with respect to the direction of rotation of the air in the combustion chamber, facilitates starting, is as follows: it is reasonable to assume, and experiments have indicated it. , that in an engine such as that shown above, the hottest air in the combustion chamber near the end of the compression stroke is located near the center of said chamber.
In support of this observation, we can say that the air contained in a cylindrical zone extending along an axis about which the air rotates and whose radius is approximately equal to half the radius of a Spherical combustion chamber can be considered almost stationary compared to the rapidly rotating air at the periphery of the chamber.
During the compression stroke, the air contained in this central zone is compressed without being moved appreciably with respect to its initial position, since the air entering the chamber, for example through a tangential duct, is deflected towards the periphery of the spherical chamber and thus largely revolves around a comparatively stationary air zone, this zone extending around the axis of rotation of the air and being subject to minimum heat loss, because it is not in contact with the wall of the chamber.
By injecting the fuel in the opposite direction, the fuel jet hits the dense air rotating in the opposite direction and part of this jet, in finely pulverized form, is deflected into or towards the hot air core which is in the center. chamber, so that the ignition of this <B> -of </B> part of the fuel charge is thus facilitated. The shock which occurs between the jet of fuel injected in the opposite direction and the dense swirling air also slows this jet and decreases its tendency to pass through the air and reach the wall of the chamber.
In addition, the finely pulverized fuel jet is dispersed by this collision and is mixed more intimately with the air charge, thus forming a mixture suitable for sustaining ignition of the primed mixture in the heated core.
The internal combustion engine forming the subject of the invention is characterized in that said injection device comprises a main injection channel and an auxiliary injection channel and a fuel pump for supplying them, the arrangement being such that a jet of fuel injected into the chamber by the auxiliary channel is directed against the direction of rotation of the load contained in this chamber, the two channels being controlled so that they each open under the effect of fuel pressure,
the whole being arranged so that the auxiliary injection channel opens at a pressure lower than that at which the main injection channel opens, the latter being controlled by a valve actuated by the pressure of the fuel and comprising a part which enters a correspondingly shaped section of the main channel to interrupt the passage of fuel through this channel, the arrangement being such that the effective passage section of the main channel increases progressively when the valve is moved as a result of '' an increase in fuel pressure beyond the value corresponding to the opening of the channel,
this effective passage section can reach a value greater than the maximum effective passage section of the auxiliary injection channel.
The drawing represents, by way of example, several embodiments of the engine forming the subject of the present invention.
Fig. 1 is a sectional elevation through a cylinder of a first embodiment. Fig. 2 is a schematic section, in the same plane as that of FIG. 1 and on a larger scale, showing the combustion chamber of this form and indicating the flow of fuel from the injector at start-up.
Fig. 3 is a view similar to that of FIG. 2, indicating the flow of fuel from the injector at normal running speed and power. Fig. 4 is a graph showing the quantities of fuel which flow respectively through the auxiliary channel of the injector and through its main channel controlled by a valve, as well as the total quantity of fuel delivered by the injector, in depending on the engine speed.
Fig. 5 is a schematic axial section of the injector of this form showing the valve applied to its seat and preventing any flow of fuel. Fig. 6 is a section similar to that of FIG. 5, showing the valve fully raised, to allow free flow of fuel. Fig. 7 is a sectional elevation through the combustion chamber of a second embodiment comprising two injectors per cylinder.
Fig. 8 is a partial sectional elevation of a third embodiment comprising a spherical combustion chamber and a single injector injecting into this chamber.
Fig. 9 is a similar view of a variant of the combustion chamber shown in FIG. 8, variant in which the single injector is mounted in a position other than that shown in FIG. 8 ..
Fig. 10 is a partial sectional elevation of a fourth embodiment comprising a spherical combustion chamber formed in the cylinder head and provided with two separate injectors.
Fig. 11 is a partial sectional elevation of a fifth embodiment comprising a cylindrical-shaped combustion chamber formed in the cylinder head and into which air is forced to circulate in the same manner as that in which it enters. in the cylinder.
Fig. 12 is a section on 12-12 of FIG. 11, seen in the direction of the arrows.
Fig. 13 is a partial sectional elevation of a sixth embodiment comprising a cylinder provided with air intake openings formed in its walls so as to be unmasked by the piston, and a combustion chamber formed in the cylinder head cylinder and arranged so that the air rotates therein due to the tangential arrangement of said openings.
Fig. 14 is a section on 14-14 of FIG. 13, seen in the direction of the arrows; and fig. 15 is a section through the combustion chamber of a seventh embodiment similar to that shown in FIGS. 13 and 14, but comprising two separate injectors.
The internal combustion engine shown in fig. 1 is of the compression ignition type and comprises a combustion space formed for the most part at least by a chamber A communicating with the inner end of a cylinder B and by cavities C provided in the face of a piston D , the fuel being supplied from an injector E into chamber A, in which at the end of the compression stroke the main part of the air charge is forced through a tangential passage F of section smaller than that of the cylinder.
This passage passes through a plug G formed of a heat-resistant material and mounted in the cylinder head H so as to reduce heat loss from said member G. Fuel is supplied to the injector E via a pipe J from 'a JI injection pump. In the case of a four-stroke engine, this pump is driven at half engine speed. The details of the injector are shown in fig. 5 and 6.
Inside a casing K is provided a conical seat KI for a valve and beyond this seat is a cylindrical section K2 of a main fuel outlet channel. The seat KI is disposed between the section K2 and an annular chamber K3 formed in the envelope K around the valve and into which the fuel is delivered under pressure in the usual manner. The valve comprises a body L with a conical portion <I> LI </I> formed in this body and arranged to engage the seat KI.
A cylindrical part L2 extends from the body <I> L </I> beyond the part <I> LI, </I> this part L2 being able to penetrate and fit into the section K2, as shown in fig. 5, cones L3, L4 being carried by the end of this cylindrical part. When the valve L is placed with its <I> LI </I> part pressed against the seat KI, an annular chamber M is formed around the part L2 and beyond the valve.
An auxiliary channel N starting from this chamber passes through the envelope K, on one side of the section K2. The axis of the auxiliary channel N forms an angle with respect to the axis of the valve L and of the section K2 of the main outlet channel. The valve L is biased by a spring, not shown, and which tends to maintain the part <I> LI </I> applied to its seat KI. The construction described works in the following way: when fuel is brought under pressure into the chamber K3, the valve lifts and when the conical part LI leaves its seat KI, fuel enters the annular chamber M.
At each flow stroke of the fuel pump, a fuel discharge takes place through the auxiliary channel N, before the main discharge of the fuel through the section K2 controlled by the part L2. This is due to the rapid rise in pressure in the chamber M which causes the discharge through the auxiliary channel N, while the cylindrical part L2 still closes the section K2.
As soon as this cylindrical part L2 moves away from the inner end of the section K2, a certain quantity of fuel is delivered in each cycle through this section and this quantity gradually increases as the valve is moved, the quantity of fuel delivered at each cycle through the auxiliary channel N decreasing. This decrease is explained by the fact that the resistance offered to the flow of fuel through the section K2 gradually decreases at the same time as the resistance to the flow through the auxiliary channel N increases.
With the injector described, the effective passage section of the main channel gradually increases when the valve is moved due to an increase in the fuel pressure beyond the value corresponding to the opening of the channel, this passage section effective can reach a value greater than the maximum effective passage section of the auxiliary injection channel N.
This injector is used in the engine described to automatically achieve a desirable change in fuel flow to combustion chamber A, first when the engine is started and then when it is running at normal effective power.
The operation of the injector described assumed to be supplied with fuel by a single piston pump and is illustrated in fig. 4. The total flow rate curve 1 shows the quantity delivered by the pump at each stroke of the latter, at different speeds, this flow rate being expressed in mm3 per stroke of the pump. Curve 11 shows the quantity delivered through the main channel controlled by the valve, per stroke of the pump.
The curve <I> III </I> shows the quantity delivered through the auxiliary channel N per stroke of the pump. At a given speed, the sum of the values corresponding to this speed on curves <I> II </I> and <I> 11l </I> is equal to the value indicated by curve 1, for the same speed. For starting a compression ignition engine of the type described above, it is customary to run the engine at a speed of about one hundred revolutions per minute.
At this speed, in the case of a four-stroke engine, and as can be seen from the graph in FIG. 4, the pump, when rotating at fifty revolutions per minute, supplies about 70 mm3 of fuel per stroke, of which 63 mm3 or 90% of the fuel delivered is discharged through the auxiliary channel N,
while only 7 mm3 or 10 9 / o is delivered through the main channel controlled by the valve. Under these conditions, that is to say at an engine speed of one hundred revolutions per minute, the arrangement of the fuel jets and their proportions are shown schematically in FIG. 2, in which O denotes the jet delivered against the flow through the auxiliary channel N and comprising the largest quantity of fuel in countercurrent, while P denotes the jet comprising a relatively small quantity of fuel delivered through the section K2 the main channel,
in the direction of rotation of the air in chamber A.
It has already been said that the hottest air contained in chamber A is found near the center of this chamber. It will be appreciated that an appreciable amount of the fully sprayed part of the jet O, coming from the auxiliary passage N and going in the direction of the arrow Q, is drawn back towards the center of the chamber by the air charge. swirling around this room.
When the speed of the engine increases from its starting speed, the relative proportions of fuel delivered respectively by the section K2 and by the auxiliary channel N change. gent as indicated by curves II and <I> 1I1 </I> of fig. 4.
When a high speed of the order of two thousand to two thousand four hundred revolutions per minute has been reached, in the case illustrated by the graph, the proportions of fuel delivered by the two orifices are modified as indicated by curves II and <I> III </I> and the relative proportions of the jets leaving the two channels are those shown schematically at OI and <I> PI </I> in FIG. 3.
As can be seen with regard to fig. 2 and 3, by properly arranging the N channel by -rapport section K2 of the main channel and by properly placing the assembly of the injector in the wall of chamber A, the fuel leaving the N channel is discharged, as shown, in the form of a jet directed in the opposite direction and in the desired radial position, across the chamber and towards the wall of plug G.
On the other hand, the jet of fuel delivered through the section K2 is directed in the direction of the rotation of the air, in the form of a jet whose axis passes through the combustion chamber and which is then oriented in the direction of the air. desired direction - radial, mentioned above. Thus, the injector acts automatically to supply at lower engine speeds, speeds which come into play during cold starting, the initial quantity of fuel desired in the form of a jet against the direction;
but, when the speed of the engine increases, when it is running under normal conditions and the fuel flow consequently increases, the quantity delivered per cycle by the jet coming from the section K2 increases. At the same time, the quantity delivered per cycle through the auxiliary channel N decreases. When the fuel injection pump control is set to deliver the desired quantity of fuel at maximum power and speed, the proportion of the quantities of fuel delivered respectively by the <I> PI </I> jet and by the OI roll can be approximately 85 to 15.
On the other hand, for the low fuel flow obtained at low engine and pump speeds, during start-up, this proportion can be from 10 for jet P to 90 for jet O. FIG. 7 shows a second embodiment in which the fuel is delivered in the desired manner by means of two separate injectors <B> El </B> and E2 which have different flow-pressure characteristics. One of these injectors -El is arranged to deliver in the direction indicated by the arrows Q, according to which turns the air which has been forced into the combustion chamber A.
The other injector E2 is arranged in order to deliver fuel in the opposite direction, that is to say in the direction opposite to that of the arrows Q. The two injectors are simultaneously supplied with fuel by pipes J2 <I> and </I> J3 from a main supply line J via both a piston fuel injection pump, such as that indicated at Jj in fig. 1.
The arrangement is such that, as the fuel flow rate increases, the proportion of the total quantity of fuel which is delivered by the <B> El </B> injector increases, while the proportion of the total quantity of fuel which is delivered by the injector E2 decreases. In addition, the arrangement and operation of the <B> El </B> and E2 injectors are such that, for low fuel flow rates, the injector E2 delivers alone into the combustion chamber A. For this purpose, the injector E 'is arranged like the injector of FIGS. 5 and 6, except that it does not present the auxiliary channel N.
The injector E1 of the embodiment shown in FIG. 7 is a needle injector which is placed so as to deliver fuel in the form of a jet directed in the direction of the arrows Q along which the air swirls when it has been forced into chamber A through the passage F, during the compression stroke of piston D. The injector E2 is placed, as shown, so as to deliver a jet of fuel in the direction opposite to that indicated by the arrows Q, in which the air rotates in bedroom.
This counter-directional injector E2 has a spring loaded valve which controls flow through a single hole. It differs from the <B> El </B> injector in that said valve does not control the effective section of this hole, the latter consequently remaining the same when the pressure increases.
The initial spring load or the opening pressure of the <B> El </B> injector is higher than the opening pressure of the E2 injector which delivers against the flow, so that when the pressure of the fuel increases in the common pipe T, the proportion of the quantity of fuel delivered by the injector <B> El </B> to that delivered by the injector E2 increases.
This arrangement which leads to the same result as that of the injector of FIGS. 5 and 6 have the effect that at start-up, when the fuel flow is low due to <B> </B> the low engine speed, and at high engine speeds if the pump is set to deliver very small quantities of fuel, the engine being little or not loaded, all the fuel delivered by the pump is discharged by the injector E2, no fuel being discharged by the injector <I> El. </I>
A valve R makes it possible to switch off the injector E2 after starting the engine.
The combustion chamber A of a third embodiment shown in FIG. 8 is spherical and mounted in the cylinder head H? of the cylinder with which said chamber A communicates via a passage <I> FI, </I> opening tangentially into this chamber and of section smaller than that of the cylinder. This embodiment differs from that shown in FIGS. 1, 2 and 3, in that the passage <I> FI </I> extends in a direction substantially parallel to the axis of cylinder B.
The arrangement is such that, during the rise of the piston D, the air charge contained in the cylinder is forced through the passage <I> FI </I> into the chamber A, so that this air turns or swirls in the chamber, in the direction indicated by the arrow Q and substantially around the center of this chamber. A single injector that E is mounted in the chamber, this injector being constructed as described with reference to fig. 5 and 6 and delivering two separate fuel jets, as indicated by arrows P2 and 02.
The jet P 'is delivered in the direction indicated by the arrow Q, in which the air swirls in the chamber A and the jet 02 is directed against the direction in which the air swirls in the chamber.
In the variant of this third embodiment shown in FIG. 9, the general shape and arrangement of the combustion chamber <I> AI, </I> provided in the cylinder head H2 of the cylinder, are similar to those shown in fig. 8, this chamber also being spherical. However, this variant comprises a closure member A2 which forms the part of the chamber remote from the end of the cylinder <I> B, </I> this member A2 not being directly cooled and thus being able to retain water. heat and aid combustion in known ways.
A passage F2 opening tangentially into the chamber <I> AI </I> forms an angle with the axis of cylinder B. Fuel is also injected by a single injector E comprising a main channel and an auxiliary channel, like the one shown in fig. 5 and 6, and delivering separate jets, as indicated by arrows P2 and 02. The jet P2 is delivered in the direction of rotation of the air rotating in the chamber, that is to say in the 'direction indicated by the arrow Q, while the jet 02 comes out in the opposite direction to that of the swirling air rotation.
A fourth embodiment represented at the end, -. 10 comprises a spherical combustion chamber <I> A3 </I> formed in the cylinder head H3 of a cylinder which ends in a conical part. A passage F3 of section smaller than that of the cylinder opens tangentially into the chamber A3, from the center of the conical part of the cylinder head H3. Air from the cylinder is forced into chamber A3 through passage F3 by means of a piston <B> Dl </B> which has a conical shape corresponding to the shape of the cylinder head H3 and which is also provided with a central projection D2,
arranged so as to penetrate at least partially into the passage F3, as indicated in FIG. 10, at the end of the outward stroke of this piston. The air contained in chamber A3 rotates approximately around the center of this chamber, in the direction indicated by the arrow Q. Two separate fuel injectors <I> El </I> and E2 are mounted in the combustion chamber A3.
These injectors are constructed in a manner similar to those shown and described with reference to FIG. 7 and, in the same way, they deliver fuel in two jets directed respectively in the same direction and in the opposite direction to that in which the air rotates in the chamber A3. The direction of the jet leaving the injector <I> El </I> is indicated by the arrow S, while the direction of the jet leaving the injector E2 is indicated by the arrow T.
As in the case of the two injectors shown in fig. 7, the injectors <I> El </I> and E2 are supplied with fuel from a single piston pump, delivering through a line J, from which branches J2 and J3 lead respectively to the injectors <I > El </I> and E2. RI designates a valve similar to that shown at R in fig. 7, by means of which the flow of fuel from line J and going to branch F and to injector E2 can be interrupted.
In a fifth embodiment shown in fi-. 11 and 12, the combustion chamber A4 is cylindrical and of section smaller than that of the cylinder, its axis coinciding with the axis of the cylinder B1 and the end of this chamber is fully open towards the cylinder. The piston D is located inside a sheath U with reciprocating movement in which slots Ul are formed so as to come into correspondence with openings B2 formed in the wall of cylinder B and through which gases can escape.
Similar openings (not shown) formed in the sleeve U and in the wall of the cylinder serve for the admission of the air charge, in the known manner and by forcing this air to rotate around the axis of the cylinder, when let him get into it. During the compression stroke of piston D, this air is forced into the combustion chamber A4, where it rotates as indicated by the arrow <I> QI, </I> following a path around the axis of the chamber A4. A single injector E3 is mounted as shown,
its axis being practically parallel to the axis of the chamber A4. This injector is similar in construction to that of the injector described with reference to FIGS. 5 and 6 and thus delivers fuel along jets oriented in two different directions, one of which is indicated by arrow P3 and the other by arrow 03.
The fuel jet P3, coming from the main injection channel, is directed substantially parallel to the axis of the cylinder B1 and of the chamber A4, this jet thus being directed perpendicularly to the direction in which the air rotates in said chamber A4 and being slightly entrained by the rotation of the air, so that it has a low component of speed of rotation in the direction of the arrows Ql. On the other hand, the jet <I> 03 </I> coming from the auxiliary channel is directed, as indicated in fig. 12, in the opposite direction to that of air rotation.
Figs. 13 and 14 show a sixth embodiment which comprises a combustion chamber A5, which has the form of a body of revolution about an axis coinciding with the axis of the cylinder B3. A valve V controlling the flow of exhaust gases from chamber A5 controls a lumen provided in this chamber,
this light being opposite the opening of section smaller than that of the cylinder provided in the cylinder head H4 of the cylinder through which the chamber communicates with the end of the cylinder. The cylinder B3 is provided with a sleeve B ° having openings B5 arranged so as to be uncovered by the piston D at the end of its outer stroke.
Lights B5 are arranged tangentially, as shown in fig. 14, so that the air entering the cylinder at the end of the intake stroke acquires a rotational movement in the cylinder, around the axis of the latter.
Therefore, when this air is forced into the chamber A5 by the piston, towards the end of the internal stroke of the latter, it has a rotary movement in this chamber, as indicated by the arrow Q2. A single injector E is provided in the cylinder head H4 of the cylinder and is constructed, for example, as shown in figs. 5 and 6 and arranged so as to deliver fuel jets in both directions, represented by arrows P3 and 03 in FIG. 14.
The jet P3 is delivered in the same direction as that of air rotation indicated by the arrow Q2, while the jet 02 is delivered against the direction of the air rotation.
The seventh embodiment, partially shown in FIG. 15, comprises a combustion chamber A5 which may have a shape similar to that shown in FIG. 13 and in which the air is animated by a swirling movement around the center of this chamber, as indicated by the arrow Q2. This swirling motion is achieved by passing air into the cylinder through tangential intake ports.
The chamber A5 is provided with two separate injectors res <I> El </I> and E2 arranged like those of the engine of FIG. 7, the injector <I> El </I> delivering a jet of fuel S in the direction of rotation of the air in the chamber A5, while the injector E2 delivers a jet designated by the arrow T, directed in the direction - opposite - to the direction of rotation of the swirling air.
Fuel coming from a single pump is supplied to these two injectors by a common pipe J and branches J2 and J3, a valve R1 making it possible to cut off the fuel supply to the injector E2. As in the previous embodiments, the two injectors are arranged such that the auxiliary injection channel opens at a pressure lower than that at which the main injection channel opens.