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Perfectionnements aux moteurs à combustion interne.
La présente invention concerne principalement les cham- bres de combustion des moteurs à combustion interne verti- caux, du type dans lequel l'air est comprimé jusque une pression élevée et à une température suffisante pour allumer le combustible qui est dispersé dans la charge comprimée, sans emploi d'air de dispersion.
Pour ce qui concerne l'injection du combustible de la ma- nière indiquée ci-dessus dans l'air comprimé, les considéra- tions qui suivent ont une grande importance.
Lorsqu'un jet de combustible quitte la tuyère, il est re- lativement froid. En un point de son trajet, il a toutefois acquis une température suffisante pour commencer à se vaporiser, et en un autre point de son trajet il est complètement vapori- sé. Chaque jet prend une forme théoriquement conique par la production d'une bordure de vapeur qui l'entoure et augmente de largeur tout le long du trajet. La bordure de vapeur exige de l'air pour brûler sur toute s surface, mais une arrivée d'air à proximité du jet non vaporisé ne produit aucune augmentation
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de force motrice et tend simplement à diminuer l'efficacité de la force de l'explosion.
La chambre d'explosion idéale, déterminée uniquement d' après les données ci-dessus, semblerait devoir posséder une paroi sphérique située en face de la tuyère et dans la, région ou le combustible liquide est complètement vaporisé, la surfa- ce de la paroi étant déterminée par la nécessité de créer une bordure d'air à l'extérieur des courants coniques de vapeur dans cette région et par l'angle de dispersion des jets.
Si les jets de vapeur d'une tuyère à plusieurs orifices sont pla- cés aussi près que possible de l'axe du trajet moyen (en lais- sant toutefois suffisamment d'air entre les bordures de vapeur pour que celles-ci brûlent librement sur leurs surfaces intérieu- res) la sphéricité de la surface tend à devenir plus plane et en pratique cette paroi peut commodément être rendue plane et sa forme peut être un polygone régulier, c'est-à-dire que si on emploie qua,tre jets, la, surface -neuf être carrée avec les jets dirigés vers des points des diagonales situés vers l'in- térieur par rapport aux angles du carré.
Il est en outre généralement désirable, dans les moteurs à combustion interne, que la soupape d'échappement se meuve verticalement en va-et-vient de fagon à faciliter le graissage et à éviter les torsions dues au poids de la tête de soupape sous l'action de la chaleur; il est également désirable que la lumière de cette.soupape soit créée dans une surface plane et la présente invention a pour but de fournir, dans les moteurs verticaux, une forme de culasse de cylindre dans laquelle les considérations qui précèdent sont judicieusement observées ou utilisées dans une large mesure par un compromis efficace, en tenant compte également des différentes difficultés que l'on ren- contre dans la fabrication.
Suivant la présente invention, la chambre de combustion comprend, dans ces moteurs, une chambre rectangulaire compor-
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ta,nt dans une paroi verticale une -poche ou une cavité dans l'extrémité la plus éloignée de laquelle est logée la tuyè- re d'injection, la base rectangulaire de la partie princi- pale de la chambre de combustion coopérant avec un bloc d' agitation qui comprend de préférence un prolongement rectan- gulaire du sommet d.u piston, prolongement qui possède de pe- tites parties d'allure générale rectangulaire découpées en deux coins opposés, en vue de produire des colonnes d'air se mouvant rapidement, destinées à provoquer une agitation dans la charge comprimée se trouvant dans la chambre de combustion.
L'élément rectangulaire de la chambre de combustion se rap- proche de préférence d'un cube avec addition d'une la.rgeur sup- plémentaire dans une des dimensions horizontales, ce supplé- ment de largeur correspondant à la largeur des lumières ou des entailles en question du sommet du bloc d'agitation. Cette largeur supplémentaire peut valoir environ 20% d'augmentation par rapport à l'autre dimension horizontale et elle s'étend transversalement au trajet moyen du combustible.
La tuyère d'injection est établie de facon à injecter de préférence quatre rinceaux de combustible du fond de la cavité en ravrs de la chambre rectangulaire, les orifices de déli- mitation étant dirigés d'une manière générale vers les diago- nales de la paroi ornosée qui est également rectangulaire, tenais que le cône de la cavité n'est pas plus grand qu'il ne le faut pour le passage de ces jets.
La paroi supérieure ho--- rizontale ou le plafond de la chambre de combustion est percé d'une lumière et la soupape d'échappement se meut verticalement- en va-et-vient par rapporta cette lumière. La paroi verticale de la. chambre de combustion rectangulaire qui est située en face des jets peut être munie d'une lumière pour l'admission d'air, la lumière étant commandée par une soupape d'admission. Cette paroi peut également être pleine, l'admission d'air se fai-
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sa,nt par une soupape balladeuse placée dans une bifurcation du passage partant de la. lumière de la, paroi supérieure où le passade est commandé par la soupape à mouvement vertical de va-et-vient.
L'invention est représentée aux dessins annexés dans lesquels:
La fig. 1 montre une coupe transversale de la culasse du cylindre et du mécanisme de soupapes.
La. fig. 2 est un plan d'un détail.
La fi. 3 est un schéma du vilebrequin.
Les fig. 4 à 7 montrent les mouvements de la. soupape du cylindre et de la soupape balladeu.se.
La fig.8 est une variante de la fig. 2.
On voit aux dessins que la chambre de combustion 1. repré- sentée à la fig. 2 est rectangulaire en plan et coopère avec un bloc d'agitation 2 qui est monté sur le piston 3 et est, d'une manière générale, rectangulaire en plan. mais présente en des coins opposés des parties entaillées, comme on l'a, représen- té en 4, en vue de produire des colonnes d'air à mouvement ra.- pide, destinées à produire une agitation dans la charge compri- mée se trouvant dans la chambre de combustion. Les dimensions du bloc et de la chambre de combustion se rapprochent de préfé- rence de celles d'un cube ayant une largeur supplémentaire, suivant une de ses dimensions horizontales, d'une quantité éga- la à la largeur-des parties entaillées 4.
La soupape à combustible 5 est placée au fond d'une ca.vi- té 6 ayant à son extrémité antérieure une pa.rtie élargie coni- que créée dans une paroi verticale de la chambre de combustion 1, et la soupape d'échappement 7 se meut verticalement da.ns une lumière 8 du plafond de la chambre de combustion.
Dans la forme préférée représentée en traits pleins à la fig. 1, la soupape d'échappement 7 sert aussi de soupape d'
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entrée d'air, la lumière 8 étant ouverte à l'air et à l'échappe- ment- alternativement au moyen d'une soupape balladeuse 9 située derrière la soupape 7 du cylindre. Suivant une variante, on peut supprimer la soupape balladeuse et prévoir une soupape réparée d'admission d'air 10, comme on l'a indiqué en traits de chaînette . la fig. 1.
Dans la forme préférée, la Soupape 7 du cylindre est actionnée par l'intermédiaire d'un balancier au moyen d'une came il mise en rotation par un arbre 12 se mouvant à la moitié' de la vitesse du moteur, et la soupape balladeuse 9 est action- née par un balancier au moyen d'un excentrique 13 monté sur l'ar- bre 12.
Lorsque le moteur est en fonctionnement, si l'on suppose que le piston est au sommet de sa course de compression, les soupapes 7 et 9 sont dans la position représentée à la fig. 4, dans laquelle la lumière 8 est fermée par la soupape 7 et la soupape 9 est dans sa position centrale. Il est bon de faire remarquer ici que la face active de la soupape 9 est un peu plus étroite que la lumière commune 14 de sorte que la soupape permet, pour cette position, la communication de la lumière 8 avec l'entrée d'air et avec l'échappement, la soupape 9 étant alors déplacée vers le haut de façon que l'ouverture d'échap- pement soit en train de s'agrandir.
Une charge est alors allumée, et le piston se meut vers le bas, la soupape 7 du cylindre commençant à s'ouvrir lorsque le piston est à environ 45 avant le point mort inférieur, com- me on l'a indiqué en IV à la fig. 3; à ce moment, la soupape 9 s'est déplacée vers le haut d.e façon à libérer à peu près la lumière 14, position qui est représentée à la fige 5.
L'échap- pement commence alors et la soupape 7 continue à s'ouvrir jus- qu'à ce qu'elle atteigne la position représentée en pointillé à la fig. 5, ce qui se produit approximativement à 45 . après le
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point mort inférieur et est indiqué en v à la. fig. 3. La. soupa- pe 9 est alors en train de se mouvoir vers le bas et lorsque le piston atteint le sommet de sa course d'échappement, sa po- sition est celle représentée à la fig. 6, dans laquelle la lu- mière 8 est en communication à la fois avec l'air et avec l' échappement par suite de ce que la face de la. soupape 9 est.
plus étroite que l'ouverture de la lumière 14. Grâce à cette dis- position, l'inertie pouvant être contenue dans les gaz d'é- chappement tend à aspirer de l'air de l'orifice d'entrée d'air et à balayer ainsi le.passage entre les lamières 8 et 14. Lors- que le piston descend, l'échappement est rapidement fermé par la soupape 9, les points où l'arrivée d'air est ouverte et où l'échappement est fermé étant indiqués respectivement en A et B à la fig. 3.
La soupape 7 ne s'est pas encore déplacée et reste ouverte pendant toute la course d'aspiration, jusqu'. ce que le piston atteigne le point mort inférieur, ce qui corres- pond à la fig. 7 ; ce point, la soupape 7 s'est soulevée suffi- samment, comme on l'a indiqué, et s'est finalement fermée au point indiqué en C à la fig. 3, tout au début de la course de compression.
On voit donc que dans la forme de réalisation décrite, la soupape du cylindre reste ouverte pendant environ 420 du mouvement du vilebrequin sous l'action de la came 11. Dans la variante dans laquelle une soupape séparée 10 d'admission d'air est utilisée, on doit retrancher de la came -il environ 90 , calculés sur l'arbre a cames et la soupape d'admission d'air 10 pourrait être actionnée par une came analogue à la ca- me 11 modifiée.
Les dimensions de l'espace libre dans la chambre de com- bustion, telle qu'elle est représentée à la fig. 1, sont telles que les bordures extérieures des jets de combustible sont di- rigées d'une manière généra.le vers les angles de la paroi op- posée de la chambre de combustion et la conicité de la partie
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antérieure de la cavité 6 est limitée de façon à donner simple- ment l'espace nécessaire pour le passage d.es jets. La tuyère formant soupape à combustible est reportée en arrière à une distance telle qu'elle permet une projection et une dispersion efficaces des jets de combustible pour assurer la combustion complète sans dépôts de combustible liquide sur la paroi oppo- sée, un angle approprié de dispersion étant celui de 18 par rapport à l'axe moyen de la tuyère,.
Les lumières d'agitation 4 situées sur les coins opposés sont disposées de façon à produi- re l'agitation nécessaire sans diriger les courants d'air de ma- nière qu'ils gênent directement la projection normale du com- bustible des jets, c'est-à-dire de fagon qu'ils n'atteignent pas les bordures des jets. Il est évidemment nécessaire que le volume total de la chambre de combustion, par rapport au diamè- tre et 8- la course du piston 3, soit tel qu'il assure une forte compression de la charge, comme c'est nécessaire pour produire un allumage efficace du combustible. En pratique, avec une chambre de combustion de la forme décrite, la, surface de la partie rectangulaire peut avoir environ un quart de la surface du 'fiston.
Dans la variante représentée, en plan à. la fig. 8, la cham- bre de combustion 1 a la même forme qu'à la fig. 2, mais le bloc d'agitation 22 est circulaire et s'en:cage dans un trou cir- culaire 23 d'une cloison transversale 24 formée au fond de la chambre de combustion. Le bloc circulaire 22 ne comporte au- cune ouverture mais des trous 23 sont créés dans la cloison et- des jets d'air refoulés par le piston dans ces trous produisent l'agitation désirée.
Cette variante est destinée à être utilisée avec une sou- pape d'échappement plus grande que celle représentée à la fig.
3 et de surface plus grande que le trou de la cloison 24, de telle fagon que si la tige de la soupape se brise, la tête de la soupape ne tombe dans le cylindre mais est retenue par la
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cloison, ce qui évite ou réduit au minimum les avaries qui en résultent.
Bien qu'on ait représenté la forme préférée de l'invention telle qu'elle a été réalisée jusque présent, il va de soi que les dimensions parti cultures du dispositif de projection et de dispersion du combustible peuvent être modifiées, 'car exemple suivant la pression de l'injection et la pression de l'air dans la culasse du cylindre.
Résumé.
Dans un moteur à combustion interne du type décrit, un cy- lindre vertical est surmonté d'une chambre de combustion de section beaucoup plus petite que celle du cylindre, et coopérant avec un bloc d'agitation monté au sommet du cylindre, la tuyère étant reportée en arrière dans une poche ménagée dans une paroi verticale. La soupape d'échappement se meut verticalement en va-et-vient dans le plafond de la chambre et neuf servir égale- ment de soupape d'admission, en combinaison avec un passage bi- furqué et avec une soupape balladeuse.
Le bloc d'agitation com- prend de préférence un carré ayant une largeur supplémentaire suivant une de ses dimensions horizontales, cette augmentation de largeur correspondant à la profondeur de narties échancrées ou de lumières créées sur des coins opposés de parois opposées, ou bien ce bloc peut être circulaire et coopérer avec un trou mé- nagé dans une cloison près du fond de la chambre de combustion, la paroi de la cloison étant perforée pour assurer l'agitation.
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