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B R E V E T D'INVENTION
Perfectionnements aux moteurs à combustion in- terne.
La présente invention concerne un moteur perfec- tionné à combustion interne dans lequel la disposition d'organes agitateurs à l'intérieur du moteur pour le mé- lange à brûler permet d'éviter la formation de couches dans la charge et d'ondés de pression pendant la compres- sion, ainsi que les retards dans l'allumage ou les alluma- ges prématurés et les détonations qui en sont la conséquen- ce, et de produire un mélange homogène, ce qui assure un fonctionnement très parfait du moceur.
On obtient en particulier, grâce à l'invention, une action de balayage efficace, et la partie des gaz d'échappement qui n'est pas chassée hors du cylindre est intimement mélangée avec le mélange frais entrant de com- bustible et d'air, de façon à céder sa chaleur à celui-ci
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en le rendant mieux approprié à une combustionparfaite.
Ceci est particulièrement avantageux pour le démarrage du moteur par les temps froids ou humidés, ou lorsque le mo- teur marche avec certaines sortes d'essence ou de combus- tibles plus lourds qui se décomposent lentement et qui tendent à laisser des dépôts goudronneux à l'intérieur du moteur. En outre l'utilisation d'organes agitateurs sui- vant la présente invention permet d'utiliser des mélanges gazeux maigres et d'autres combustibles relativement pau- vres, car leur capacité d'inflammation et de combustion complète est considérablement augmentée par le mélange hc- mogène de ces combustibles pauvres avec les gaz résiduels extrêmement chauds provenant du cycle précédent du moteur.
Le perfectionnement apporté au fonctionnement des moteurs suivant la présente invention comporte l'adap- tation automatique du trajet de la flamme dans le mélange à brûler à la vitesse croissante ou décroissante du moteur, car una augmentation de la vitesse du moteur produit par exemple une plus grande turbulence dans le mélange combus- tible et une propagation plus rapide de la flamme. Ceci supprime la nécessité d'avancer ou de retarder à la main la production de l'étincelle pour l'adapter à une vitesse plus ou moins grande du moteur, comme cela est nécessaire dans les autres moteurs à combustion interne.
La combustion à l'intérieur du moteur est en ou- tre encore améliorée par le fait que les organes agitateurs montés suivant l'invention à l'intérieur du cylindre du mo- teur ou dans la chambre de combustion conduisent la chaleur de la partie centrale de ce cylindre ou de cette chambre de combustion aux parois extérieures, où elle peut être neutralisée par un refroidissement approprié. On évite donc la production d'un excès de chaleur localisé dans la partie centrale de l'intérieur du cylindre et ce fait non
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seulement contribue à améliorer l'ensemble du fonctionne- ment du moteur, il prolonge aussi la durée ou le temps pen- dant lequel le moteur peut être utilisé.
Les organes agitateurs suivant la présente inven- tion peuvent être montés dans des moteurs à soupapes sur la culasse, dans des moteurs du type à culasse en L, ain- si que dans des moteurs à combustion interne de tout autre type, et ils peuvent aussi être montés sur des moteurs à combustion interne existants, en diminuant le vide inté- rieur du cylindre et en augmentant le rapport de compres- sion, ce qui assure un meilleur rendement au moteur et une économie de combustible plus grande.
Suivant l'invention, on obtient les avantages mentionnés ci-dessus au moyen d'organes destinés à produi- re une grande turbulence dans le mélange à l'intérieur du moteur. Les organes destinés à produire la turbulence peu- vent être montés sur la face antérieure du piston à meuve- ment alternatif, sur la paroi intérieure du cylindre,sur la culasse du cylindre, ou sur une pièce intermédiaire mon- tée entre l'extrémité et la culasse du cylindre.
Bien qu'il soit possible de monter les organes agitateurs d'un grand nombre de façons, suivant l'invention ils sont constitués par des nervures ou palettes inclinées agencées de façon à former saillie sur les parois du cylindre, ou au sommet du moteur ou sur une pièce en forme de joint montée entre le cylindre et la culasse du moteur, et suivant un mode de réalisation de l'invention la face du piston comporte aus- si des saillies coopérant avec des aubes ou palettes fixes montées dans le cylindre.
En outre, lorsque cela parait utile, des nervures, palettes ou autres organes agitateurs peuvent être pourvus de revêtements résistant à la chaleur et à la corrosion ou de revêtements catalytiques, ou dans certains cas de
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dispositifs de refroidissement particuliers.
Les dessins annexés représentent à titre d'exem- ple quelques modes de réalisation de l'objet de l'inven- tion.
Les fig. 1 et 2 sont respectivement une coupe longitudinale et un plan d'un moteur à combustion interne à soupapes sur la culasse, moteur dans lequel un anneau comportant quatre palettes inclinées radialement vers l'in- térieur sont montées à la partie supérieure du cylindre.
Les fig. 3 et 4 sont respectivement une coupe longitudinale et un plan d'une construction semblable dans laquelle un anneau comportant deux palettes est en- castré dans la culasse du moteur ;
Les fig. 5 et 6 sont respectivement une coupe longitudinale et un plan d'un moteur à culasse en L, dans lequel un anneau à quatre palettes est encastré dans l'ex- trémité supérieure du cylindre ;
Les fig. 7 à 9 montrent la disposition pour un moteur à culasse en L multiple dans lequel une pièce en tôle en forme de joint comportant des palettes d'agitation ' est montée entre le cylindre et la culasse. La fig. 7 est une coupe verticale des différentes pièces ; la fig. 8 est un plan de ltorgane agitateur monté dans le bloc de cylin- dres, et la fig. 9 est un plan de l'ébauche en tôle avant que la forme définitive ait été donnée aux palettes.
Les fig. 10 et 11 sont respectivement une coupe verticale et un plan d'un moteur à culasse en L dans le- quel une pièce intermédiaire refroidie par de l'eau et comportant des palettes agitatrices est montée entre le bloc de cylindres et la culasse du moteur.
Les fig. 12,13 et 14 montrent deux types de moteurs à soupapes sur la culasse et à quatre temps, dans lesquels une face à gradins en spirale du piston du moteur
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coopère avec un anneau à palettes encastré dans la partie supérieure du cylindre ; laf ig. 12 est une coupe vertica- le d'un premier mode de réalisation de ce type ; la fig.
13 est un plan de l'anneau monté sur le bloc de cylin- dres, et la fig. 14 est une variante de l'extrémité du piston, à laquelle est fixée une plaque frontale à gra- dins en spirale.
On se référera d'abord au mode de réalisation représenté par les fig. 1 et 2, 1 est le bloc de cylin- dres à l'intérieur duquel le piston 2 se déplace avec un mouvement de va-et-vient; 3 est le fond du cylindre, 4 est une des soupapes supérieures et 5 est la bougie.
La chambre de combustion 6 est cylindrique et constitue en réalité un prolongement de l'intérieur du cylindre.
L'agitateur est constitué par un anneau 7, en fonte de préférence, et par des palettes radiales 8 dirigées vers l'intérieur et venues de fonderie avec l'anneau 7.
L'anneau 7 est de préférence emmanché à force sur les parois de la chambre de combustion et il peut être fixé dans sa position par des organes appropriés tels que des- goupilles ou prisonniers 9. Les palettès 8, au nombre de quatre dans l'exemple représenté, sont'sensiblement équidistantes et elles sont inclinées suivant un angle d'environ 45 degrés sur l'axe du cylindre. Il n'est pas essentiel que les palettes aient la même inclinaison sur toute leur longueur, et il peut y avoir une transition graduelle d"une inclinaison plus grande vers une inclinai- son moins grande, l'inclinaison étant réduite par exemple à 30 degrés environ à l'extrémité intérieure des palettes.
Cet agencement a pour but de produire dans les gaz un tourbillonnement quelque peu excentrique ou une agitation dans le genre d'un cyclone, et d'éviter"en partie en moins la tendance à la formation d'un tourbillon axial.Dans
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l'exemple représenté chaque palette a une épaisseur sensi- blement égale sur toute sa longueur, main cette caractéris- tique peut naturellement être modifiée si on le juge utile.
Si, par exemple, la face supérieure des palettes fait un angle de 45 avec l'axe du cylindre, .comme cela est dit plus haut, la face inférieure des palettes peut faire l'an- gle plus petit, de 30 environ, avec l'axe du cylindre, ce qui fait que Ion pâlottes ont une section tranavorsale vor- ticale légèrement conique, cette construction se prêtant particulièrement bien, non seulement à assurer l'agitation désirée pendant la course de compression, mais aussi à permettre un mouvement de sortie libre à travers la soupape d'échappement pendant la course d'échappement ou de balaya- ge.
Les fig. 3 et 4 montrent une variante de l'inven- tion appliquée à un moteur à soupapes sur la culasse, du type.dans lequel l'alésage de la chambre de combustion est un peu plus grand que celui du cylindre, afin qu'on puisse augmenter la surface des ouvertures des soupapes. 10 est la paroi du cylindre et 11 la paroi du fond du cylindre, tandis que 12 et 13 sont respectivement la soupape d'ad- mission et la soupape d'échappement.
Dans cette variante l'anneau agitateur 14 est placé un peu plus haut que dans le premier mode de réalisation, car il se trouve dans la cavité de la culasse du cylindre, et les palettes 15, teut en étant en ce qui concerne leur construction générale,leur forme, leur emplacement et leur fonctionnement, à peu près les mêmes que dans le mode de réalisation précédent, sont abaissése ou déportées de façon à se trouver plus prês de la tête du piston à leurs extrémités intérieures, comme on peut'le voir en 16, et pour ne pas gêner l'ouverture li- bre des soupapes 12, 13.
L'annoau 14 comporte une par- tie découpée 17 pour laisser'un emplacement largement-
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suffisant autour de l'extrémité d'allumage de la bougie 18 qui est placée sensiblement le long de l'une des pa- lettes 15, de façon à assurer sensiblement le maximum d'agitation et de rapidité de la propagation de la flamme au point où a lieu l'allumage.
Dans le moteur à culasse en L à soupapes la- térales, représenté par les fig. 5 et 6, le piston 19 se trouve à l'extrémité supérieure de sa course dans le oy- lindre 20, la chambre de combustion 21 étant ménagée dans la culasse 22 du cylindre et allant de l'anneau agitateur 23 aux soupapes 24 et à la bougie 25. L'an- neau agitateur 23 est monté dans une gorge 26 creusée dans le bloc de cylindre 20 près de la position supé- rieure du piston, et il comporte quatre palettes radiales' 27 à l'orifice,du cylindre, à l'endroit où celui-ci com- munique avec la chambre de combustion 21. La construc- tion, l'inclinaison et la disposition des palettes sont sensiblement les mêmes que celles qui ont été décrites à propos du premier mode de réalisation, mais il est bien entendu que des modifications quelconques peuvent y être apportées si on le désire.
Dans ce type de moteur à com- bustion interne l'action agitatrice des palettes 27 sur le mélange est secondée par l'influence du double coude dans le trajet des gaz entre les soupapes 24 et @tinté- rieur du cylindre. Dans la fig. 5 les extrémités supé- rieures des palettes sont au droit de l'extrémité supé- rieure du bloc de cylindre, mais si on le juge utile elles peuvent être prolongées de façon à pénétrer plus ou moins à l'intérieur de la chambre de combustion.
Les modes de réalisation représentés par les fig.
7 à 10 sont particulièrement appropriés .lorsqu'il s'agit d'appliquer le perfectionnement quittait'1'.objet de l'in- vention à des moteurs polycylindriques à culasse en L
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existants, et en général la caractéristique nouvelle de la construction perfectionnée consiste à monter ontre le corps et la culasse du cylindre une pièce intermédiaire en forme de joint comportant les palettes d'agitation du mélange.
On peut, si on le'désire, munir chaque cylindre d'une pièce intermédiaire, mais en général il est préféra- ble d'utiliser une seule pièce intermédiaire ayant en gé- néral la forme et les contours des surfaces de joint du bloc de cylindres et de la culasse amovible et de munir cette pièce intermédiaire d'un certain nombre de palettes agitatrices pour chaque cylindre.
Dans le mode de réalisation représenté par les fig. 7 à 9 chaque pièce intermédiaire est découpée de pré- férence dans ùne pièce de tôle plate 28, comme le montre la fig. 9 et elle comporte les trous de boulon usuels
30. Lorsqu'on désire que la chemise d'eau du bloc de cy- lindres 31 communique directement avec la chemise d'eau de la culasse 32 des cylindres, la tôle 28 comporte aussi les trous de communication 33 pour les chemises d'eau. Dans -le découpage de la plaque 28, au lieu de faire les trous circulaires séparés comme d'habitude, trous qui sont faits séparément dans les joints ordinaires de chaque cylindre, il est préférable, suivant la présente invention, do faire une ouverture ou découpure 29 d'au- tre forme, qui concoide avec les surfaces des soupapes et de l'intérieur des cylindres.
Chacune des ouvertures 29 de forme irrégulière comporte plusieurs, de préférence trois, languettes 34 montées à une distance angulaire d'environ 120 autour de l'intérieur du cylindre. Dans les moteurs à culasse en L l'une des trois languettes sera montée en face de l'extrémité contenant lea soupapes et les deux autres languettes de chaque coté. Après
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l'ébauchage, ou pendant lt6baucha î)n reaourbe les et les deux autres languettes de cnaque cote. Apres l'ébauchage ou pendant l'ébauchage, on recourbe les
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languettes 34 ou on les tord suivant un angle de façon à former des palettes inclinées 35 (fig. 7) qui'peuvent faire un angle désiré quelconque avec l'axe du cylindre.
Dans l'exemple représenté les palettes font un angle d'en- viron 45 avec l'axe du cylindre, mais il est évident qu'on peut faire varier cet angle à volonté.
Les pièces intermédiaires en tôle peuvent être en acier chromé au silicium ou en tout autre métal résis- tant à la corrosion et les palettes peuvent être revêtues d'un catalyseur, ou bien on peut utiliser, pour les fabri- quer, des alliages dont un des éléments, exposé aux gaz chauds, développe une oxydation superficielle capable d'exercer une action catalytique. Les oxydes d'aluminium par exemple possèdent, ainsi qu'on l'a constaté, une ac- tion catalytique favorable de,ce genre pendant la combus- tion.
Un alliage à base d'acier contenant environ 2 % d'aluminium, 2% de silicium et environ 8 % de chrome avec relativement peu de carbone a été reconnu particuliè- rement propre aux applications de la présente invention, parce qu'il réunit les propriétés d'être très résistant au rouge et de ne pas former de pellicules sous l'action des gaz chauds oxydants, les oxydes superficiels formés comprenant l'oxyde d'aluminium qui a une action catalyti- que. En cas de nécessité toutefois une matière telle que le fer noir ordinaire peut être utilisée pour faire cette pièce intermédiaire comportant les palettes agitatrices.
Ces pièces intermédiaires peuvent être doublées en matière compressible formant joint telle que de l'a- miante en feuille, et dans ce cas elles peuvent remplacer les 'joints ordinaires et leur montage sous forme d'acces- soire sur des moteurs existants n'exige pas d'autre mani- pulation que le remplacement, par ces places,- des anciens joints fournis primitivement avec le moteur. Si les piéces
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intermédiaires ne sont pas doublées, on utilise de préfé- rence deux joints distincts 36, comme le montre la fig.
7, l'organe agitateur étant monté entre eux.
Dans certains cas il est utile d'assurer le re- froidissement direct de l'organe agitateur ; ce résultat peut être obtenu au moyen d'une construction comme celle qui est représentée par les fig. 10 et 11 qui montrent un moteur à combustion interne polycylindrique à quatre temps à culasse en L brûlant un combustible liquide volatil.
. La figure montre un bloc de cylindre 37 dans lequel le piston se trouve à sa position la plus haute, la pièce in- termédiaire 39, qui est une pièce de fonte comportant une chemise d'eau 40 ' et contenant la chambre de combus- tion 41 qui va de la tête du piston aux soupapes 42,
43 et la bougie 44, qui est vissée dans la culasse 45 du cylindre, culasse qui est refroidie par de l'eau. Des joints 46,47 sont montés comme d'habitude entre la piè- ce intermédiaire 39, le bloc de cylindre et la culasse.
Comme dans les moteurs à combustion interne ordinaire du même type, les trous de boulon 48 traversent le corps du cylindre, la pièce intermédiaire et la culasse-du cylindre, et un passage 49 pour l'eau de refroidissement fait com- muniquer entre elles les différentes chemises d'eau de ces trois parties du moteur. Bien qu'on puisse utiliser plu- sieurs aubes ou palettes agitatrices, il est préférable d'utiliser une grande palette 50 pour qu'il soit plus facile d'y ménager une cavité pour l'eau de refroidisse- ment. Cette palette 50 pénètre latéralement dans l'espace qui se trouve au-dessus de l'intérieur du cylindre à peu près jusqu'à la moitié de cet espace, et elle comporte des parois avant et arrière inclinées 51,52, et la cavité 53 ménagée à l'intérieur communique avec la chambre d'eau du moteur.
La cavité 53 pour l'eau de refroidissement ne
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s'étend de préférence que sur une partie de ia distance jusqu'à l'extrémité 54 de la palette, de scr te que cet- te extrémité 54 de la palette peut être chauffé,e pendant , la combustion et céder de la chaleur à la charge qui entre.
Bien que la ou les palettes puissent être utilisées seules, l'espace qui se trouve au-dessus de l'intérieur du cylindre étant autrement ouvert et libre, il est préférable, suivant l'exemple représenté, de faire dépasser une partie de la pièce intermédiaire 24 par dessus l'intérieur du cylindre sensiblement en face de la palette 50, comme cela est in- diqué en 55. Cette partie surplombante est de préférence en forme d'arc et ne laisse qu'un faible jeu au-dessus de la face de la tête du piston lorsque le piston se trouve dans la position centrale supérieure.
Dans cette disposi- tion les gaz refoulés extérieurement entre le piston 38 et la partie surplombante 55 pendant la course de compres- sion complètent l'action d'agitation de la palette 50 et produisent un important mouvement d'agitation des gaz pen- dant la compression, et loraque les gaz s'enflammant dans cet état d'agitation, la propagation de la flamme est acti- vée efficacement. L'agitation et l'accélération de la propagation de la flamme ainsi obtenues atteignent le ma- ximum lorsque le moteur tourne à grande vitesse et elles diminuent lorsque la vitesse du moteur est moins grande, et comme l'effet ainsi obtenu est en grande partie-le mê- me que celui qu'on obtient en avançant ou en retardant l'allumage aux grandes et aux petites vitesses respective- ment, on peut utiliser avantageusement un réglage fixe de l'allumage si on le désire.
La bougie 44 est placée de préférence dans la partie de la tête du piston qui'se trouve au-dessus de la soupape d'admission 45 et près de la palette 50, de façon que le mouvement d'agitation pro- duit par la palette 60 nttolgno senaiblement son maximum
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à l'endroit où les gaz sont enflammés. Cette disposition se prête également bien a la réalisation d'un balayage ef- ficace, les gaz d'échappement étant dirigés par dessus la soupape d'admission 43 et passant librement jusqu'à leur orifice do sortie à travers la soupape d'échappement. La palette 50 et le prolongement 55 sont aussi très pro- pres à briser les ondes de pression produites pendant la combustion, de façon à empêcher ou à réduire les détona- tions.
Lorsque les parois de la chambre de combustion sont en trois parties; l'une dans le bloc de cylindre 37, une autre dans la culasse 45 du cylindre et la troisiè- me dans la pièce intermédiaire 39, chaque partie a sa propre vitesse de léger effacement sous l'action des ef- forts des détonations, de sorte que les actions vibratoi- res produites dans la chambre de combustion sont subdivi- sées et amorties en comparaison de ce qui se passe dans
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lem chambrôm do combuotlon ordinniroa en deux partian.
Il est évident que la construction représentée permet d'ohte- nir tout jeu et tout rapport de compression désirés, en faisant varier l'épaisseur de la pièce intermédiaire 39, et lorsqu'on désire un rapport de compression élevé et qu'il n'est pas pratique de réduire davantage l'épaisseur de la pièce 39 à cause du jeu des soupapes ou pour d'au- tres raisons, on peut obtenir une réduction considérable du volume de la chambre de combustion en donnant de gran- des dimensions à la palette 50 refroidie par de l'eau, ainsi qu'à la partie surplombante 55 également refroi- die par de l'eau. En faisant les palettes dans une pla- que séparée, on simplifie la coulée de la palette et la pièce contenant les palettes peut être facilement dépla- cée pour donner accès aux pistons.
Une palette épaisse Gomme celle qui est représentée est trés rigide et robuste,
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ainsi que très résistante à toute tendance à la vibra- tion.
Comme les moteurs à soupapes sur la culasse dont la chambre de combustion est sensiblement un prolongement de l'intérieur du eylindre ent une tendance partiouliére à la stagnation du contenu du cylindre, il est beaucoup plus difficile de donner une grande turbulence aux gaz dans ces moteurs de façon à assurer l'homogénéité désirée du mélange à brûler. En conséquence ces moteurs sont munis de préférence non seulement de palettes d'agitation dans
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la chambra do ommbuotion maa au1 d'orgonvé agitateurs sur la face frontale du piston. Les fig. 12 et 13.mon- trent un mode de réalisation se prêtant particulièrement 'Sien à l'application de l'invention aux moteurs de ce ty- pe.
Dans l'exemple représenté le piston 56 se meut à l'intérieur du cylindre 57 et la culasse 58 du moteur contient les soupapes 59 montées cote à côte, comme ce- la est indiqué en traits interrompus dans la fig. 13, la bougie 60 et la chambre de combustion 61 qui est ména- gée entre la paroi légèrement bombée de la culasse du cy- lindre et la tête du piston, l'intérieur du cylindre s'é- tendant vers le haut un peu au-dessus de la position la plus haute du piston.
A la partie supérieure du cylindre, au-dessus de la limite supérieure de la course du piston, se trouve l'agitateur fixe, qui se compose de l'anneau 62 et de plusieurs palettes 63 inclinées radialement vers l'inté- rieur. L'anneau 62 peut être fixé dans sa position au moyen de goupilles 64, bien qu'il ne doive pas être trop serré à cause de sa dilatation lorsqu'il est chaud. L'agi- tteur mobile est constitué par une saillie hélicoïdale 65 dirigée vore la haut et portée par la tête du piston qui est plus haute en son centre comme cela est indiqué
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par le plateau central 66, entouré par plusieurs cir- convolutions en spirale ou en volute formant rampe ou plan incliné 67.
Le prolongement hélicoïdal de la tête du piston peut venir de fabrication avec le piston même, comme cela est indiqué dans le mode de réalisation de la fig. 12 ; lorsqu'il s'agit d'une transformation de moteurs existants, on la fait de préférence comme le montre la fig. 14, suivant laquelle une pièce 68 formant couronne ou chapeau est fixée à la tête'du piston 69 par plusieurs vis 70 qui sont de préférence maintenues en place par des chevilles ou tampons 71 enfoncés dans un trou percé à moitié dans la tête de la vis et à moitié dans le métal du chapeau, après quoi le métal est retour- né au-dessus du tampon de façon que celui-ci ne puisse pas sortir.
La couronne hélicoïdale 68 comporte de préfé- rence un évidement 72 pratiqué sur son bord extérieur et inférieur et formant avec la tête du piston une gorge servant de logement à un segment de piston 73. Ce seg- ment de piston, qui est en contact avec la paroi du cylin- dre comportant la chemise d'eau et aussi avec la paroi de la couronne 68 assure un transfert efficace de la chaleur de la couronne rapportée sur la tête du piston aux paroisdu cylindre.
L'utilisation de l'agitateur fixe à palettes à l'entrée de l'intérieur du cylindre et de l'agitateur hé- licoïdal mobile monté sur la tête du piston et coopérant avec le précédent permet d'obtenir des résultats meil- leurs que ceux qu'on obtient dans'des moteurs ne compor- tant qu'un seul de ces agitateurs, moteurs dans lesquels on ne constate que peu ou pas d'amélioration. Dans les moteurs à soupapes sur la culasse, moteurs dont la soupa- pe d'échappement est particulièrement exposée à chauffer de façon exagérée, cette disposition a été reconnue très
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avantageuses) parce que le mouvement tourbillonnaire im= primé aux gaz améliore le contact entre ceux-ci et la soupape d'échappement, ce qui réduit la température de celle-ci.
La construction représentée par les fig. 13 et 14 peut être utilisée pour la transformation d'un mo- teur existant à faible compression en moteur à haute com- pression, cette transformation étant obtenue simplement par l'installation de l'anneau agitateur à palettes et de la couronne formant agitateur sur le piston. Grâce à la présente invention le rapport de compression peut être poussé jusqu'à 6 : 1 ou environ sans aucun danger de détonations.