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Moteur à combustion interne
Cette invention se rapporte aux moteurs à combus- tion interne à grande vitesse, employant l'injection de com- bustible liquide.
Pour obtenir une bonne combustion et un fonctionne- ment satisfaisant du moteur, il est désirable que le li- quide entrant dans la chambre de combustion soit dans un état de division très élevé, que les particules de com- bustible ne se rencontrent pas pendant leur trajet dans la chambre de combustion, mais suivent des trajectoires rectilignes aussi longues que possible de leur point d'en-
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très jusqu'aux parois de la chambre, et que le combusti- ble soit injecté avec assez de force pour produire la pulvérisation voulue, et le mouvement désiré des parti- cules de combustible. Au point de vue du rendement, il faut que l'injection se fasse de telle manière que l'ali- mentation en combustible puisse être mesurée exactement, et qu'il ne se produise pas de gouttelettes au pulvéri- sateur lorsque l'injection est terminée.
Les trous du pulvérisateur qui laissent passer le combustible doivent avoir une certaine surface, de manière que le combustible constituant chaque charge puisse s'introduire dans le cy- lindre pendant la courte durée prévue.
On a remarqué que si le pulvérisateur est muni d'un grand nombre d'encoches relativement petites qui don- nent ensemble la surface désirée, les gouttelettes sortant du pulvérisateur tendent à se rencontrer. Il en résulte que les gouttelette qui sont à la périphérie du nuage de combustible s'échappant du pulvérisateur peuvent s'allu- mer et brûler, puisqu'elles sont suffisamment mélangées avec de l'air, mais que les gouttelettes qui sont immé- diatement au voisinage du pulvérisateur ne peuvent se mé- langer aussi rapidement et aisément avec l'air et donc brûlent plus lentement.
En outre, les gouttelettes de com- bustible ne peuvent être projetées dans la chambre de com- bustion avec une vitesse suffisante pour leur permettre d'emplir complètement la chambre de combustion et en con- séquence on ne peut obtenir la combustion rapide et com- plète de toute la charge qui est désirable pour une mar- che économique et un bon rendement. D'autre part, si le @
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pulvérisateur comporte un nombre relativement faible de larges trous, la pulvérisation du combustible ne sera pas suffisante et on aura encore une combustion non sa- tisfaisante.
Si, toutefois, on emploie un appareil d'a- limentation qui amène le combustible au pulvérisateur à une pression et à une vitesse suffisante, cette pression et cette vitesse d'écoulement étant maintenues constantes pendant chaque période d'injection, on a ainsi un dosage exact de chaque charge de combustible et il devient possi- ble de déterminer la grandeur, le nombre et la position des trous du pulvérisateur de manière à obtenir le degré de pulvérisation voulu et à éviter, en même temps, les chocs entre les gouttelettes.
En même temps, on peut donner à. la chambre de combustion une forme qui aidera le pulvérisa- teur à réaliser un mélange intime avec l'air des particu- les de combustible dès leur sortie et assurera la combus- tion complète avant que des gouttelettes ne se soient dé- posées sur les parois de la chambre de combustion. C'est le but que réalise la présente invention.
Selon linvention on emploie un gicleur ou pulvé- risateur comprenant une partie en forme de coupe ou hémi- sphérique disposée dans la chambre de combustion au centre de la tête du cylindre, cette partie étant percée de trous disposés sur une ou plusieurs rangées circulaires et dispo- sés de telle manière que les lignes passant par les axes des trous d'une rangée sont des génératrices d'un cône ayant un angle au sommet de 100 à 170 degrés; les trous sont espa- cés, relativement peu nombreux et de dimensions telles que le combustible qui les traverse sous pression s'échappe dans la chambre de combustion sous la forme de jets qui ne @
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tendent pas à s'entrechoquer.
Une soupape conique, placée dans la partie hémisphérique, commande l'écoulement du combustible à travers les trous.
La chambre de combustion entre la tête du cylin- dre et le sommet du piston, à la forme d'une soucoupe, de manière que les particules de combustible sortant du pulvé- risateur ne tendent pas à se déposer sur les parois de la chambre de combustion avant que la combustion ait lieu. A cet effet, la tête du cylindre a une forme concave tandis que la surface du piston est conique ou de forme convexe, de manière que la chambre d'explosion comprise entre eux ait la forme d'une soucoupe, c'est-à-dire approximative- ment d'un cône ou d'un dôme aplati. l'épaisseur de cette chambre, c'est-à-dire sa dimension suivant l'axe du cylin- dre est moindre au centre que sur les bords. Une ou deux rangées circulaires de trous sont percés dams la partie hémisphérique du pulvérisateur.
Lorsqu'il y a deux de ces rangées, les droites passant par les axes des trous sont des génératrices de deux cônes de même axe, dont les angles aux sommets diffèrent mais dont sompris entre 100 et 170 degrés.
Le combustible liquide est amené au pulvérisateur par une pompe qui provoque des pulsations dans la pression de la colonne de liquide qui arrive par la tuyauterie d'a- limentation. Au moment ou la pression. s'élève, la soupape du pulvérisateur maintenue par un ressort s'ouvre automati- quement, et laisse pénétrer le combustible dans la chambre de combustion, la quantité de combustible ainsi admise étant exactement mesurée en raison du fait que l'arrivée de liqui- de est interrompue brusquement par suite de la réaction de
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la soupape causée par la dépression donnée par la pompe.
Dans les'dessins annexés, l'invention est repré- sentée sous une de ses formes de réalisation. Dans ces dessins:
La figure 1 est une élévation en coupe de la tê- te de cylindre suivant l'invention.
La figure 2 est une élévation en coupe semblable, mais à plus grande échelle, du pulvérisateur à extrémité hémisphérique et de sa soupape, -
La tête du cylindre A présente à l'intérieur une forme concave comme le montre la figure 1, et dans cette tête A, sont prévues quatre ouvertures, dont deux B et Bl sont représentées, ces ouvertures débouchent dans le cylincbe par quatre orifices commandés par des soupapes dont deux C et C1 sont représentées sur la figure 1. L'ouverture B et l'autre analogue servent à l'entrée de l'air.. ces ou- vertures étant commandées par des soupapes telles que C.
L'ouverture B1, et l'autre analogue servent à, l'échappement des gaz brûlés, ces ouvertures étant commandées par des soupapes telles que C1.
Le piston D a sa surface D , de forme convexe par exemple conique, comme il est représenté sur la Fig. 1. La convexité de la surface du piston est déterminée par rapport à la concavité de la tête A1,du cylindre, de manière que la distance entre le centre D2 de la surface du piston et le centre de la tête du cylindre A1 soit moindre que la dis- tance entre les parties latérales correspondantes du piston et du cylindre. Ainsi la chambre de combustion E a la forme d'une soucoupe et cette chambre de combustion mesurée paral- lèlement à l'axe du cylindre est moins épaisse au centre que sur les bords.
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Au centre de la tête du cylindre A, se trouve le pulvérisateur. Celui-ci se compose d'une enveloppe extérieu- re F qui porte a son extrémité le pulvérisateur perforé pro- prement dit qui est représenté à plus grande échelle sur la figure 2. Le pulvérisateur ou gicleur se compose d'une par- tie G qui est hémisphérique à l'extérieur et porte à l'in- térieur un siège de soupape conique G1.De ce siège part une série de trous G2 traversant la partie hémisphérique de la pièce G, l'extrémité extérieure de chaque trou étant élargie de fagon convenable, comme on le voit en G3. Dans le mode de construction représenté, ces trous G2 sont dis- posés sur une seule rangée circulaire, cette rangée peut comprendre quatre ou cinq trous qui ont chacun un diamètre d'au moins 25 de millimètre, par exemple de 57 de mm.
100 100
Lestrous G2 formant la rangée circulaire sont disposés de telle manière que les droites passant par leurs axes sont les génératrices d'un cône ayant au sommet un angle d'environ 135 degrés, dans le présent exemple. Le pul- vérisateur hémisphérique G est porté par une partie cylin- drique G4 munie d'un rebord extérieur G5 qui (figure 1) s'engage dans un rebord intérieur F1, ménagé à l'extrémité de l'enveloppe F. Les surfaces en contact de ces rebords sont coniques comme représenté.
Dans l'enveloppe F se trouve un organe cylindri- que H qui sert à guider la soupape; cette pièce a le long d'une de ses génératrices, une rainure H1,qui constitue le passage pour la descente vers le pulvérisateur de combustible qui arrive par une canalisation F2 ménagée dans l'enveloppe F. La soupape comprend un pointeau J1 dont la tige est d'un diamètre convenable pour coulisser dans le manchon H. A son
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extrémité, le pointeau porte une partie de diamètre réduit, comme en J1 et cette partie réduite se termine par une por- tée conique J2 qui s'engage dans le siège G1 ménagé dans l'extrémité hémisphérique du pulvérisateur G.
Le diamètre extérieur de la portion réduite J1 du pointeau est moindre que le diamètre intérieur de la partie cylindrique G4 du pulvérisateur ménageant ainsi entre ces parties, un espace annulaire K, dans lequel peut s'écouler le liquide prove- nant des canalisations F2 et H1.
Un ressort L agissant sur l'extrémité extérieure du pointeau J sert à maintenir la soupape J2 sur son siège, mais quand la pression du combustible liquide introduit dans la chambre annulaire K devient suffisante, cette pression agit sur l'épaulement J3 du pointeau et le soulève contre l'action du ressort L découvrant ainsi l'ouverture G1,au moment ou le combustible doit âtre admis par les trous du pulvérisateur G2, dans la chambre de combustion E.
Si le combustible est amené au pulvérisateur par des pressions produites dans une colonne de combustible liquide, l'ouverture de la soupape J2 s'effectuera brusque- ment et un jet de liquide à haute pression arrivera dans la chambre de combustion par les trous G2. La réaction suivant chaque accroissement de pression, causera la fermeture brus- que de la soupape J2 ce qui coupera l'écoulement de liquide par les trous G2 de fagon à empêcher l'écoulement de goutte- lettes. De cette manière la quantité de liquide introduite dans la cylindre à chaque admission peut être mesurée exac- tement, l'écoulement commençant et cessant brusquement.
La manière dont le combustible est introduit dans la chambre de combustion du cylindre par les orifices G2, a pour ré- sultat sa pulvérisation en un brouillard très fin, composé
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de gouttelettes très petites qui, à leur sortie du pulvéri- sateur G n'ont pas tendance à se rencontrer entre elles, mais se mêlent effectivement à l'air dans la chambre de combustion. De plus, ces gouttelettes de combustible se ré- pandront à l'extérieur, et ne tiendront pas à se déposer sur les parois de la chambre de combustion, c'est-à-dire soit sur la tête du cylindre, soit les faces des soupapes, soit les parois du cylindre ou la surface du piston.
Les goutte- lettes tendront à décrire dans l'air un trajet radial vers l'extérieur, et ainsi une combustion rapide aura lieu, cet- te combustion étant en fait complète avant queles gouttelet- tes n'aient atteint les parois de la chambre de combustion.
On obtiendra donc une combustion rapide et complète de la charge.
La construction et la disposition de la chambre de combustion et du pulvérisateur, comme il est indiqué, convient spécialement pour un cylindre ayant de 20 à 25 cm. d'alésage. Pour des cylindres plus gros, les détails d'exé- cution doivent être convenablement modifiés.
Dans certains cas deux rangées de trous analogues à G2 peuvent être disposées dans le pulvérisateur G. Dans ce cas, ces rangées sont concentriques et chaque rangée peut comprendre quatre ou cinq trous. Le diamètre de tous les trous peut être le même, c'est-à-dire d'au moins 25/100 de mm. et par exemple de l'ordre de 37 de mm. mais si l'on veut,
100 les trous l'une rangée peuvent être légèrement plus grandes que ceux formant l'autre rangée. En outre, des trous de dia- mètre diffèrent peuvent alterner dans chaque rangée.
Les trous formant une rangée sont disposés de manière que les droites passant par leurs axes soient des génératrices d'un
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cône d'angle au sommet voisin de 150 degrés; tandis que les trous formant la deuxième rangée sont disposés de ma- nière que les mêmes droites soient sur la surface d'un cô- ne d'angle au sommet voisin de 115 degrés et ayant le même axe que le premier. L'angle au sommet de ces cônes peut toutefois varier pourvu qu'il reste compris entre 100 et 170 degrés. Une troisième rangée de trous peut être dispo- sée, si on le désire, par exemple dans le cas d'un pulvé- risateur employé dans un plus gros cylindre.
Si on emploie un pulvérisateur comme décrit ci- dessus, combiné avec une chambre de combustion ayant la for- me indiquée, dans un moteur à combustion interne alimenté en combustible par un appareil qui amène le combustible au pulvérisateur, sous haute pression, (par exemple environ 700 Kilogs par cm.2) on voit que le combustible liquide en- trera dans le cylindre dans un état de fine division conve- nable pour une combustion complète et rapide, et que les gouttelettes seront projetées dans la chambre de combustion de telle manière qu'elles ne se rencontreront pas et qu'el- les rempliront sensiblement toute la chambre de combustion, tendant à se mouvoir sur des trajectoires rectilignes de leur point de sortie du pulvérisateur jusqu'aux parois du cylin- dre.
Il en résultera que chaque gouttelette de combustible se mélangera avec l'air, de telle manière qu'elle s'enflam- mera dès sa sortie du pulvérisateur et que la gouttelette brûlante se déplacera rapidement dans l'air vers la paroi de la chambre de combustion; ainsi, le combustible brûlera complètement, et il n'y aura de retard dans l'inflammation d'aucune portion de la charge, pratiquement chaque gouttelet- te'de la charge tendra , brûler dès son entrée dans le cy-
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lindre et sera complètement consumée d'où résultera que l'air de la chambre de combustion sera saturé par les par- ticules brûlantes.
La brusquerie de l'arrêt et du commen- cement de l'arrivée du combustible au pulvérisateur et l'absence de gouttelettes sous ce dernier permet à la com- bustion du carburant de commencer et à l'admission de la charge dans le cylindre de se terminer avec une grande rapidité ce qui rend possible les grandes vitesses de rota- tion du moteur. On notera que la formation de gouttelettes est empêchée par le fait que la soupape obture directement les perforations du pulvérisateur, puisque les orifices in- térieurs des petits trous de pulvérisation sont pergés dans le siège de la soupape.
Les détails de construction peuvent être modifiés suivant les circonstances.