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"PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AU REFROIDISSEMENT DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE"
La présente invention est relative à des moteurs à com- bustion interne et se rapporte particulièrement au réglage de la température des parois de la chambre de combustion, l'in- vention ayant pour objet d'assurer, pendant la marche du mo- teur, une meilleure distribution de la température, que ce n'était le cas jusqu'à présent.
Dans la plupart des moteurs, les parois de la chambres de
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combustion sont naturellement le plus échauffées à proximité de la soupape d'échappement. 'En outre, le raccord du disposi- tif d'allumage et la bougie disposée dans ce raccord consti- tuent souvent les parties de la chambre de combustion les plus susceptibles de provoquer un allumage prématuré, et notamment lorsque la bougie est située à proximité de la dite soupape d'échappement, de manière à produire' l'étincelle au-dessus de cette soupape, cette disposition de la soupape d'échappement étant actuellement jugée favorable.
Les parties susmentionnées des parois de la chambre de combustion peuvent être désignées comme "zônes échauffées".
La température des autres parois de la chambre de combustion varie considérablement, mais est toujours beaucoup inférieure. à celle des zones échauffées, et, dans certains cas, trop basse.
Par exemple, avec une circulation d'eau de refroidissement par pompe il n'est pa.s très difficile de refroidir convenablement les zônes échauffées , mais il en résulte en-même temps un re- froidissement excessif de la zône non-échauffée, de sorte que dans le cas de carburants lourds employés actuellement, des particules liquides pourraient se déposer sur les parois des zônes non échauffées, ce qui aurait pour effet une perte de carburant.
Dans le cas de refroidissement par thermo-syphon, tel qu'il est prévu normalement, les parois de la zone non-échauffée atteignent une température plus élevée, mais le refroidissement des zônes échauffées devi'ent alors insuffisant et il se produit des allumages prématurés, à moins d'appliquer des compressions peu élevées.
La présente. invention a pour objet de prévoir un meilleur réglage de la température des parois de la chambre de combus-
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tion, en assurant en même temps le refroidissement convenable de la ou des zônes échauffées et en empêchant le refroidisse- ment excessif des autres parties de la chambre de combustion, de manière que la bougie d'allumage puisse être disposée à l'endroit le plus favorable, à proximité de la soupape d'échap- pement, sans risque d'allumage prématuré et sans que le car- burant liquide se dépose sur les parois de le chambre de com- bustion.
Suivant la présente invention, on prévoit dans, ou pour un moteur à combustion inter ne , une culasse'comportant un raccord pour un dispositif d'allumage et caractérisée en ce qu'un échan - geur de chaleur est adjoint 4 une zône restreinte de la cu- lasse, lequel échangeur de chaleur est établi de manière à maintenir la température du mélange carburé dans la susdite zôiie restreinte , en dessous de la température d'auto-allumage, la dite culasse étant en outre caractérisée en ce qu'un échan- geur de chaleur est adjoint à une zône relativement étendue de la dite culasse,
ce dernier échangeur de chaleur étant établi de manière à maintenir le mélange carburé constamment à une température inférieure à celle d'auto-allumage, niais suffi- sante pour empêcher le dépôt du carburant liquide.
En détermi- nant la température à laquelle doit être maintenue la susdite zône étendue, il est nécessaire de tenir compte du fait, à savoir, que, quoique l'augmentation de la température du gaz carburé produit une combustion plus rapide de celui-ci, elle a également pour effet de diminuer le poids du gaz pouvant être introduit dans le cylindre;- ainsi, des différents com- bustibles correspond une gamme de températures auxquelles peuvent être soumis les gaz carbures.
Jusqu'à présent , la gamme de températures à laquelle la culasse pouvait être maintenue était limitée par le fait que
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les chambres de combustion étaient refroidies à la même tem- pérature que les cylindres , cle sorte que la. température du moteur était fixée à une valeur qui était considérée corne la meilleure température de travail pour les cylindres , sans qu'il fût tenu compte de la température théorique qui permet- trait le meilleur remplissage de la.chambre de combustion par le mélange carburant.
La température de la zône restreinte qui existe à proxi- mité d'un dispositif d'allumage est, de préférence, maintenue aussi élevée que possible en vue de permettre l'arrivée, au dispositif d'allumage, d'un volume de gaz dans un état sec et parfaitement combustible, ce qui a pour effet de produire une vague explosive de scande vitesse qui communiquera rapidement la déflagration aux au tres parties de la cylindrée.
Une caractéristique de l'invention consiste cn ce que chacune des dites zônes est pourvue d'une chemise de refroi- dissement séparée et en ce que des moyens appropriés sont prévus pour fournir à chacune de ces chemises du liquide de refroidissement à une température et à une vitesse appropriées pour maintenir la température requise dans les zones respecti- ves.
Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que deux chemises de refroidissement sont réunies en série dans le circuit d'un dispositif' de refroidissement, la disposition étant telle que l'organe d'alimentation, en fluide de refroidissement, alimente en premier lieu la zone restreinte.
La où on emploie des systèmes de refroidissement séparés on peut faire usage de deux fluides de refroidissement séparés et différents pour les deux susdites zones. Par exemple, on peut employer de l'eau pour le refroidissement de la zône
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échauffée, et de l'huile pour l'alimentation d.e la chemise entourant la zone non échauffée.
Si on le désire., les parois de la chambre de combustion peuvent être établies particulièrement en vue d'assurer une bonne conductibilité thermique. Ainsi, par exemple, ces parois peuvent être construites en aluminium ou bien en acier mince, le bossage pour le dispositif d'allumage étant, dans ce dernier cas , constitué par une pièce en un alliage d'aluminium ou d'un autre métal à conductibilité thermique élevée , cette pièce étant ajustée dans la paroi d'acier et pourvue de nervures ou d'ailettes sur le côté en contact avec l'eau.
D'autre part, et là où les parois de la chambre de com- 'oustion sont établies en fonte, le bossage pour la bougie d'allumage peut être constitué en une pièce de métal à conduc- tibilité thermique élevée, fixée dans les parois en fonte, le dit bossage étant pourvu de nervures ou d'ailettes sur le côté en contact avec l'eau.
Dans un mode d'application de la présente invention, mode d'application parfois préféré, la chemise entourant la zône échauffée comporte une chambre de distribution à laquelle est amenée l'eau refroidie. Cette chambre est pourvue de petits orifices de sortie qui assurent une évacuation rapide dé l'eau de refroidissement, laquelle peut être dirigée vers l'endroit désiré. Par exemple, on peut prévoir plusieurs de ces orifices de sortie , dont deux disposés de manière à diriger l'eau autour du bossage pour la bougie d'allumage et, quelques autres ori- fices disposés de manière à diriger l'eau entre et autour des soupapes, un orifice étant prévu au sommet de la dite chambre, pour éviter des poches de vapeur.
Une caractéristique suivante de l'invention consiste en ce
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que les deux zônes susmentionnées sont entourées par une seule chemise de refroidissement, des moyens étant prévus pour faire circuler le fluide de refroidissement à travers la dite chemise avec une vitesse différente pour chaque zône. La ci.rcu- lation du fluide de refroidissement dans la zône restreinte peut s'effectuer au moyen d'une pompe, et dans la zône éten- due, - par thermo-syphon.
Dans un mode de construction dans lequel une seule chemi- se entoure les deux zones, cette chemise peut être pourvue de deux conduits de sortie, ces derniers étant disposés par rap- port à un ou plusieurs conduits d'admission, de manière à diriger des courants de fluide indépendants sur les dites zênes.
Une caractéristique importante de l'invention consiste en ce que la zone restreinte est soumise à l'action d'un courant de fluide de refroidissement de grande vitesse.
Il a.été constaté que lorsque de la chaleur est communi- quée rapidement à une surface, cornue dans le cas d'un échauf- fement par turbulence, la méthode la plus efficace pour dis- Biner cette chaleur consiste en un refroidissement par tour- billonnement, ce dernier pouvant être produit par un courant de fluide de refroidissement de grande vitesse.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on prévoit des Moyens thermostatiques pour maintenir les dites zones à des températures requises.
D'autres caractéristiques de l'invention sont exposées dans la description et les revendications annexées.
Plusieurs culasses conçues en vue de la réalisation de la présente invention seront décrites ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue en coupe d'une culasse destinée à un
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moteur ayant deux soupapes montées cote côte dans une chapelle latérale, ce moteur comportant autour de la culasse, une chemise d'eau non divisée, à travers laquelle l'eau cir-' cule au moyen d'une pompe réunie à la chemise du bloc des cylindres.
Fig. est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe suivait la ligne 3-3 de la Fig. 1.
Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3.
Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la Fig. 3.
Fig. 6 est une vue en coupe transversale d'une culasse et d'une partie du cylindre d'un moteur ayant des soupapes montées côte à côte et pourvu d'un tuyau latéral alimentant a la fois la chemise de la culasse et la chemise du groupe de cylindres.
Fig. 7 est une vue en plan d'une moitié de culasse, cette vue montrant, d'une manière générale, le sens de circulation de l'eau autour des raccords pour les bougies d'allumage, l'autre moitié de la culasse étant symétriquement identique.
Fig. 8 est une vue d'élévation latérale montrant le con- duit de distribution.-
Fig. 9 est une vue en coupe suivant la ligne 9-9 de, la Fig. 7.
Fig. 10 est une, vue en coupe suivant la ligne brisée 10-10 tracée entre les deux trous de boulons 15.
Fig. 11 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 11-11 de la Fig. 12, cette vue montrant une culasse de
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moteur, dans laquelle les soupapes sont disposées en tête des .cylindres, cette culasse étant -pourvue d'une chemise d'eau divisée, dont un côté est alimenté par un conduit distribu- teur , et l'autre coté, par la chemise du groupe des cylin- dres.
Fig. 12 est une vue en coupe transversale et en plan suivant la ligne 12-12 de -la Fig. 11.
Fig. 13 est une vue en plan d'un moteur pourvu d'une cu- lasse du type montré aux Figs. 11 et 12, cette culasse étant pourvue de deux thermostats qui règlent l'écoulement de l'eau hors de .le, culasse, de manière à maintenir des températures différentes dans les deux chemises.
Fig. 14 montre un conduit de distribution dont l'eau est amenée directement vers une zone échauffée se trouvant à proximité de la bougie d'allumage et vers la chemise du cylin- dre,et
Fig. 15 est une vue en coupe transversale d'une chemise de culasse et d'une partie de la chemise du bloc des cylindres, ces chemises étant établies en vue de la circulation d'eau par thermo-syphon.
Dans le mode de construction montré dans les Figs. 1 à 5, la culasse 1 est établie de manière à mouvoir être appliquée à un bloc de cylindres pourvu lui-même d'une chemise alimentée en eau au moyen d'une pompe. Il est cE'usage de prévoir sur la face supérieure du bloc des cylindres des fentes telles que montrées en 2 dans les Fig. 2 et 3, lesquelles fentes amènent l'eau vers la culasse. Jusqu'µ, présent, ces fentes communi- avec des fentes correspondantes de mêmes dimensions, formées dans la face inférieure de la culasse, et ces der- nièces fentes étaient établies et disposées de manière à per- mettre l'écoulement approximativement uniforme de l'eau autour
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de la culasse.
Par contre , on remarquera que suivant la présente inven- tion , et comme montré aux Figs. 2 et 3 , des passages 3,rela- tivement larges, ne sont prévus que sur le côté de la culasse sur lequel se trouve la soupape d'échappement et le raccord 4 pour la bougie d'allumage, tandis que sur le côté opposé , les chemises de la culasse et du cylindre ne peuvent communiquer qu'à travers des trous 5 de section relativement faible.
On verra dans la Fig. 3 que le passage 3 est séparé de l'espace principal de la chemise d'eau au moyen d'une nervure 6 disposée par rapport au raccord de la bougie d'allumage, de manière à laisser un espace réduit 8 pour l'écoulement de l'eau autour du dit raccord. Comme il a déjà été exposé plus haut , la grande vitesse d'écoulement autour du dit raccord a pour effet de refroidir efficacement le dispositif d'allumage fixé dans celui-ci. L'eau, après avoir traversé les passages à faible section 8, coule à une vitesse réduite et se répand lentement sur la culasse d' où elle est évacuée par un orifice de sortie prévu à l'extrémité de la chemise de cette culasse.
Un courant d'eau, lent, s'écoule également à travers les passages 5 et rejoint le courant d'eau principal qui s'écoule par la culasse vers la sortie. Plusieurs trous 15 sont prévus pour recevoir des boulons de fixation de la culasse. Les nervures de renfor- cement 7 sont prévues dans la paroi de la culasse. La vue en coupe représentée en Fig. 5 montre des passages 9 à travers lesquels l'eau circule de la culasse d'un cylindre dans celle de l'autre.
En considérant le sens d'écoulement de l'eau, comme dé- crit ci-dessus, on verra que le courant d'eau de grande vi- tesse est en contact direct avec le bossage pour le dispositif
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d'allumage et avec la zône échauffée découlasse, lesquels transmettent de la chaleur au dit courant d'eau.,
Dans le mode de construction montré en Figs. 6 à 10 , l'eau de refroidissement est amenée directement à un conduit distributeur 10 venu de fonte avec'la culasse. Ce conduit est pourvu d'une bride d'entrée 11, à laquelle peut être réuni.1 un tuyau d'amenée d'eau. Le tuyau distributeur 10 s'étend sur toute la longueur de la culasse, du même côté que les soupapes.
Le moteur représenté dans ces Figs. est du type dans lequel les soupapes sont disposées côte à côte dans une chapelle la- térale. Le tuyau distributeur est pourvu d'orifices 12 qui communiquent avec la chemise du cylindre,et d'orifices 13 qui communiquent avec la chenise de la culasse. Sur le côté opposé de la culasse se trouvent des orifices 14 , de section relative- ment faible,,lesquels communiquent avec la chemise du cylindre.
La sortie pour l'eau est disposée le long du bord supérieur de la culasse. Tout comme dans le mode d'exécution décrit précé- demment, les ouvertures prévues dans le tuyau distributeur et qui communiquent avec la chemise de la culasse sont disposées. de manière à diriger l'eau, en un courant de grande vitesse, contre les raccords pour les bougies d'allumage. Les passages d'eau prévus autour de ces raccords sont le mieux montrés dans les Figs. 9 et 10. Les flèches montrées dans les dessins in- diquent généralement le sens d'écoulement de l'eau.
On voit, d'après la flèche montrée sur le côté gauche de la Fig. 6, que l'eau coule également vers le haut depuis la chemise du cylindre, en passant lentement à travers les trous 14, la lente remontée de l'eau étant due au fait que l'ouverture de sortie est située au sommet de la culasse.
Le mode de construction montré dans les Figs. 11 à 13
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comporte une chemise de culasse divisée en deux compartiments sépares 21 et 22. Le compartiment 21 est alimenté par un conduit distributeur 20 et le compartiment 22 est alimenté par la chemise 23 du cylindre. La culasse est du type 'CI soupapes en tête , dans lequel la soupape d'échappement 24 est disposée dans une chapelle latérale 25 et le, soupape d'admission 26, au-dessus du cylindre.27, cette dernière soupape contrôlant une ouverture 28 alimentée par un conduit d'admission 29 venu de fonte avec la culasse.
Le raccord 30 -pour la bougie d'allu- mage est situé du côté de la soupape d'échappement le plus éloigné du cylindre.
On remarque que le conduit de distribution communique avec un orifice 31 situé au-dessus et sur un côté du raccord 30 pour la bougie d'allumage. Cet orifice communique avec un passage à section réduite 32 qui entoure le dit raccord. Cha- que extrémité du passage 32 communique avec la chemise du cylindre au moyen d'un passage 33, ainsi qu'avec un espace 35 qui entoure les passages d'échappement et s'étend sur tou- te la longueur du bloc des cylindres.
La paroi 36 du.- conduit d'admission constitue la cloison de séparation entre les deux compartiments 21 et 22 de la chemise d'eau. L'eau, acres avoir traversé les orifices 33 pour entrer dans la chemise du bloc des cylindress'écoule autour des parois du cylindre vers l'autre côté de la chemise ,du bloc des cylindres et remon- te par les orifices 37, pour entrer dans l'espace 22 de la chemise de la culasse. Chacun des compartiments 21 et 22 est pourvu d'un tuyau d'échappement 38 disposé d'un côté de la culasse comme montré dans la Fig. 13. L'écoulement de l'eau de la chemise du bloc des cylindres vers le tuyau de sortie est contrôlé par des thermostats 39.
Chacun de ces thermostats peut comprendre, par exemple,
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une soupape disposée dans l'extrémité du tuyau de sortie, rapprochée'du cylindre, cette soupape étant commandée par un élément expansible sous l'action de la. chaleur, agencé dans la partie dont il importe le plus de contrôler la température, par exemple, à proximité des passages 33.
Les thermostats sont établis de telle manière que si la température du fluide de refroidissenent venait à tomber en-dessous d'une valeur déter- minée d'avance, les dites soupapes se déplaceront dans le sens de la fermeture, ce qui aura pour effet de réduire la circu- lation de ce fluide 'et, par contre, dans le cas où cette tem- pérature dépasserait une valeur déterminée d'avance, les dites soupapes se déplaceront dans le sens de l'ouverture.
On voit que le conduit distributeur 20 est pourvu d'un orifice d'entrée 41 disposé à proximité de l'un des tuyaux de sortie et que la section de ce tuyau distributeur diminue en allant vers l'extrémité opposée du bloc-cylindres.
On verra que, grâce à la disposition des thermostats, décrite ci-dessus, la température du 'conduit d'admission et de la face intérieure de le. culasse, située immédiatement au- dessus du cylindre , peut être réglée indépendamment de la température dans la chambre de combustion, à proximité de la soupape d'échappement.
Dans le mode de construction montré dans la Fin 14, la culasse est alimentée en eau par un conduit distributeur 50 fixé à la paroi extérieure de la chemise du bloc des cylindres.
Des orifices 51 sont formés dans la. paroi de la chemise du bloc des cylindres,'et des conduits 52 traversant les dits orifices s'étendent entre les dits cylindres et se dirigent vers le haut pour aboutir aux orifices 58 prévus dans la face supérieure du bloc des cylindres. Ces orifices 55 commu- niquent directement avec des canaux 54 qui entourent les
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raccords pour les bougies d'allumage. Les débouchés des tuyaux 52 sont disposés de manière à diriger un courant d'eau de grande vitesse contre les dits raccords pour les bougies d'allumage. D'autres orifices 53, prévus dans le tuyau dis- tributeur , communiquent avec la chemise du bloc des cylind.res.
Cette dernière est également réunie par un petit passage 55 avec le côté oppose aux dits raccords de bougies, de la che- mise de culasse. L'extrémité de sortie du tuyau 52 est dispo- sée , par rapport à l'ouverture 58, de manière à produire , dans le cylindre, une circulation d'eau par refoulement, c'est-à- dire que l'eau est refoulée de la chemise du bloc des cylindres à travers l'orifice 58 .
Dans tous les modes de construction décrits jusqu'à présent, la circulation de l'eau s'effectue de préférence et principalement par pompe.
Dans le Mode de construction Montré dans la Fig. 15 , la circulation de l'eau se fait par thermo-syphon.
On remarquera que la communication principale entre la chemise de la culasse et la chemise du bloc des cylindres s'établit à travers une ouverture relativement large 60 prévue dans la face inférieure de la culasse, laquelle ouverture coïncide avec une autre ouverture 61 prévue dans la chemise du bloc des cylindres à proximité du conduit d'échappement.
Le raccord d'entrée pour l'eau de refroidissement est situé en 63 vers l'extrémité inférieure de la chemise du bloc des cylindres et du coté opposé à celui qui porte le conduit d'échappement 62 , ta.ndis que le raccord de sortie pour l'eau de refroidissement est prévu au sommet de la, culasse et au- dessus des cylindres, comme montré en 64.
Le conduit d'admission est venu de fonte avec le bloc des cylindres et est disposé en-dessous du condnit d'échappement de manière à être chauffé par l'eau stagnante dans
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la partie 66 de la, chemise du bloc des cylindres. L'entrée et la sortie pour l'eau et les passades de communication entre la chemise de la culasse et celle des cylindres, sont disposés par rapport au conduit de sortie %-'L'eau chaude 52 de manière à favoriser l'action de thermo-syphon, ce qui amène l'eau à couler dans le sens indiqué généralement par les flèches, dans le dessin, en laissant une masse d'eau relativement immobile autour du conduit d'admission.
En plus des ouvertures 60 et 61, relativement larges, -prévues respectivement dans la chemise de la culasse et dans celle des cylindres, d'autres ouvertures 67 et 68, plus netites sont prévues dans les dites chemises sur le côté oppose du moteur. Etant donnée l'absence de l'effet de thermo-syphon, la quantité d'eau qui coule directement depuis l'orifice d'entrée 63 vers la chemise de culasse et de là vers la sortie 64, est beaucoup inférieure à la quantité d'eau qui traverse les passages 60, 61.
L'écoulement du fluide de refroidissement peut être mo- difié et réglé dans des moteurs existants, suivant les prin- cipes de la présente invention, et ceci par la prévision d'un joint spécial entre la culasse et les cylindres. Le dit joint spécial est pourvu d'ouvertures de dimensions déterminées, qui amèneront le courant principal à couler depuis la chemise des cylindres vers les zônes échauffées de la culasse. Un tel joint est désigné par 70 dans la Fig. 11.
Dans un moteur existant ,- dans lequel, par exemple, la chemise d'eau du bloc de cylindrescommunique avec celle de la culasse à travers des orifices pratiqués dans les faces en re- gard de ces chemises et dans lequel l'eau est amenée à la che- mise des cylindres pour être évacuée par la chemise de la culasse,- on peut constater que la quantité d'eau qui coule autour des logements des bougies d'allumage est insuffisante.
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L'écoulement de l'eau autour de ces logements peut être ren- forcé par la. prévision d'un joint entre le 'oloc des cylindres et la culasse, ce joint ayant des orifices pratiqués de manière à coïncider avec les orifices des dites chemises, et calibrés de telle manière que les passages d'eau éloignés des raccords de bougies se trouvent étranglés, tandis que les 'cassâmes d'eau proches des dits raccords gardent leurs dimensions pri- mitives.
Grâce à cette disposition, l'écoulement du fluide de refroidissement peut être réglé de manière à maintenir la température dans la culasse dans les limites désirées, comme exposé ci-dessus.
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1 - Un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que une zône relativement restreinte, dans le voisinage du disposi- tif d'allumage, est maintenue à une température inférieure à celle à laquelle 1'auto-allumage du mélange carburant comprimé peut se produire, et en ce que une zône relativement étendue
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faisant -partie de la culasse est maintenue à une tej'-lDére,
ture supérieure à celle à laquelle le carburant se dépose sur les parois du cylindre, et ceci dans le but décrit ci-dessus.
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"IMPROVEMENTS RELATING TO THE COOLING OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES"
The present invention relates to internal combustion engines and relates particularly to the adjustment of the temperature of the walls of the combustion chamber, the object of the invention being to ensure, while the engine is running, better temperature distribution than has been the case until now.
In most engines, the walls of the
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combustion are naturally the most heated near the exhaust valve. In addition, the connection of the ignition device and the spark plug placed in this connection are often the parts of the combustion chamber most likely to cause premature ignition, and in particular when the spark plug is located near said exhaust valve, so as to produce the spark above this valve, this arrangement of the exhaust valve currently being considered favorable.
The aforementioned parts of the walls of the combustion chamber can be referred to as "heated zones".
The temperature of the other walls of the combustion chamber varies considerably, but is always much lower. to that of heated areas, and, in some cases, too low.
For example, with a circulation of cooling water by pump it is not very difficult to adequately cool the heated areas, but at the same time it results in an excessive cooling of the non-heated area, so that in the case of heavy fuels currently used, liquid particles could be deposited on the walls of unheated areas, which would result in fuel loss.
In the case of cooling by thermo-siphon, as is normally expected, the walls of the non-heated zone reach a higher temperature, but the cooling of the heated zones then becomes insufficient and premature ignitions occur. unless you apply low compressions.
The current. The object of the invention is to provide better control of the temperature of the walls of the combustion chamber.
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tion, at the same time ensuring adequate cooling of the heated zone (s) and preventing excessive cooling of the other parts of the combustion chamber, so that the spark plug can be placed in the most suitable position. favorable, near the exhaust valve, without risk of premature ignition and without liquid fuel settling on the walls of the combustion chamber.
According to the present invention, there is provided in, or for an internal combustion engine, a cylinder head comprising a connection for an ignition device and characterized in that a heat exchanger is added to a restricted zone of the cylinder head, which heat exchanger is established so as to maintain the temperature of the fuel mixture in the aforesaid restricted zone, below the self-ignition temperature, said cylinder head being further characterized in that an exchange heat generator is added to a relatively large area of said cylinder head,
the latter heat exchanger being established so as to maintain the fuel mixture constantly at a temperature lower than that of auto-ignition, but sufficient to prevent the deposition of liquid fuel.
In determining the temperature at which the aforesaid extended area is to be maintained, it is necessary to take into account the fact, namely, that, although the increase in the temperature of the fuel gas produces a more rapid combustion of the latter, it also has the effect of reducing the weight of the gas that can be introduced into the cylinder; - thus, different fuels correspond to a range of temperatures to which the carbide gases can be subjected.
Until now, the temperature range at which the cylinder head could be maintained was limited by the fact that
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the combustion chambers were cooled to the same temperature as the cylinders, so the. engine temperature was fixed at a value which was considered to be the best working temperature for the cylinders, without taking into account the theoretical temperature which would allow the best filling of the combustion chamber with the fuel mixture.
The temperature of the restricted zone which exists in the vicinity of an ignition device is preferably kept as high as possible in order to allow the arrival, at the ignition device, of a volume of gas in the ignition device. a dry and perfectly combustible state, which has the effect of producing an explosive wave of high speed which will quickly communicate the explosion to the other parts of the displacement.
A feature of the invention is that each of said zones is provided with a separate cooling jacket and that suitable means are provided for supplying each of these jackets with cooling liquid at a temperature and at a temperature. an appropriate speed to maintain the required temperature in the respective zones.
Another characteristic of the invention lies in the fact that two cooling jackets are joined in series in the circuit of a cooling device, the arrangement being such that the supply member, with cooling fluid, supplies first place the restricted area.
Where separate cooling systems are employed, two separate and different cooling fluids can be used for the above two zones. For example, we can use water for cooling the area
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heated, and oil to feed the jacket surrounding the non-heated area.
If desired, the walls of the combustion chamber can be made especially for ensuring good thermal conductivity. Thus, for example, these walls can be constructed of aluminum or of thin steel, the boss for the ignition device being, in the latter case, constituted by a part made of an aluminum alloy or of another metal to high thermal conductivity, this part being fitted into the steel wall and provided with ribs or fins on the side in contact with the water.
On the other hand, and where the walls of the inspection chamber are made of cast iron, the boss for the spark plug may be made of a piece of metal with high thermal conductivity fixed in the walls. made of cast iron, said boss being provided with ribs or fins on the side in contact with the water.
In one mode of application of the present invention, sometimes preferred mode of application, the jacket surrounding the heated zone comprises a distribution chamber to which the cooled water is supplied. This chamber is provided with small outlets which ensure rapid drainage of the cooling water, which can be directed to the desired location. For example, several of these outlets can be provided, two of which are arranged to direct the water around the boss for the spark plug, and a few other openings arranged to direct the water in and around. valves, an orifice being provided at the top of said chamber, to avoid pockets of vapor.
A following feature of the invention is that
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that the two aforementioned zones are surrounded by a single cooling jacket, means being provided for circulating the cooling fluid through said jacket with a different speed for each zone. The circulation of the cooling fluid in the restricted zone can be carried out by means of a pump, and in the extended zone, - by thermo-siphon.
In a construction mode in which a single jacket surrounds the two zones, this jacket can be provided with two outlet ducts, the latter being arranged in relation to one or more inlet ducts, so as to direct independent fluid currents on said zen.
An important feature of the invention is that the restricted area is subjected to the action of a stream of high speed coolant.
It has been found that when heat is imparted rapidly to a surface, retorted in the case of heating by turbulence, the most effective method of disseminating this heat is by tower cooling. ridging, the latter possibly being produced by a high velocity coolant stream.
According to another characteristic of the invention, thermostatic means are provided for maintaining said zones at the required temperatures.
Other features of the invention are set out in the description and the appended claims.
Several cylinder heads designed with a view to carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a sectional view of a cylinder head intended for a
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engine having two valves mounted side by side in a side chapel, this engine comprising around the cylinder head, an undivided water jacket, through which the water circulates by means of a pump joined to the jacket of the block cylinders.
Fig. is a sectional view taken on line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1.
Fig. 4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3.
Fig. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 3.
Fig. 6 is a cross-sectional view of a cylinder head and part of the cylinder of an engine having valves mounted side by side and provided with a side pipe supplying both the cylinder head liner and the group liner. of cylinders.
Fig. 7 is a plan view of a cylinder head half, this view showing, in general, the direction of water circulation around the connections for the spark plugs, the other half of the cylinder head being symmetrically identical.
Fig. 8 is a side elevational view showing the distribution duct.
Fig. 9 is a sectional view taken along line 9-9 of, FIG. 7.
Fig. 10 is a sectional view taken along broken line 10-10 drawn between the two bolt holes 15.
Fig. 11 is a cross-sectional view taken along line 11-11 of FIG. 12, this view showing a cylinder head
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engine, in which the valves are arranged at the head of the cylinders, this cylinder head being provided with a divided water jacket, one side of which is supplied by a distributor duct, and the other side, by the jacket of the group of cylinders.
Fig. 12 is a cross-sectional plan view taken along line 12-12 of FIG. 11.
Fig. 13 is a plan view of an engine provided with a cylinder head of the type shown in Figs. 11 and 12, this cylinder head being provided with two thermostats which regulate the flow of water out of the cylinder head, so as to maintain different temperatures in the two liners.
Fig. 14 shows a distribution duct from which the water is brought directly to a heated area located near the spark plug and to the cylinder liner, and
Fig. 15 is a cross-sectional view of a cylinder head liner and part of the cylinder block liner, these liners being set up for the circulation of water by thermosiphon.
In the construction mode shown in Figs. 1 to 5, the cylinder head 1 is established so as to be able to be applied to a block of cylinders itself provided with a jacket supplied with water by means of a pump. It is customary to provide slots on the upper face of the cylinder block as shown at 2 in Figs. 2 and 3, which slits bring water to the cylinder head. Heretofore, these slits communicate with corresponding slits of the same dimensions, formed in the underside of the cylinder head, and these latter slits have been established and arranged so as to permit the approximately uniform flow of the cylinder head. water around
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of the cylinder head.
On the other hand, it will be noted that according to the present invention, and as shown in Figs. 2 and 3, passages 3, relatively wide, are provided only on the side of the cylinder head on which the exhaust valve and the connection 4 for the spark plug are located, while on the opposite side, the cylinder head and cylinder liners can communicate only through holes 5 of relatively small section.
It will be seen in FIG. 3 that the passage 3 is separated from the main space of the water jacket by means of a rib 6 disposed relative to the connection of the spark plug, so as to leave a reduced space 8 for the flow of water around said fitting. As already explained above, the high flow velocity around said fitting has the effect of effectively cooling the ignition device fixed therein. The water, after having passed through the passages with low section 8, flows at a reduced speed and spreads slowly over the cylinder head from where it is discharged through an outlet orifice provided at the end of the jacket of this cylinder head.
A slow stream of water also flows through passages 5 and joins the main stream of water which flows through the cylinder head towards the outlet. Several holes 15 are provided to receive bolts for fixing the cylinder head. The reinforcing ribs 7 are provided in the wall of the cylinder head. The sectional view shown in FIG. 5 shows passages 9 through which water circulates from the cylinder head of one cylinder into that of the other.
Considering the direction of water flow, as described above, it will be seen that the high speed water flow is in direct contact with the boss for the device.
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ignition and with the heated zone flows, which transmit heat to said water current.,
In the construction mode shown in Figs. 6 to 10, the cooling water is brought directly to a distribution pipe 10 made of cast iron with the cylinder head. This duct is provided with an inlet flange 11, to which a water supply pipe can be assembled. The distributor pipe 10 extends over the entire length of the cylinder head, on the same side as the valves.
The engine shown in these Figs. is of the type in which the valves are arranged side by side in a side chapel. The distributor pipe is provided with orifices 12 which communicate with the cylinder liner, and with orifices 13 which communicate with the yoke of the cylinder head. On the opposite side of the cylinder head are orifices 14, of relatively small cross section, which communicate with the cylinder liner.
The outlet for water is arranged along the upper edge of the cylinder head. As in the embodiment described above, the openings provided in the distributor pipe and which communicate with the cylinder head liner are arranged. so as to direct the water, in a stream of high speed, against the fittings for the spark plugs. The water passages provided around these fittings are best shown in Figs. 9 and 10. The arrows shown in the drawings generally indicate the direction of water flow.
It can be seen from the arrow shown on the left side of FIG. 6, that the water also flows upwards from the cylinder liner, passing slowly through the holes 14, the slow rise of the water being due to the fact that the outlet opening is located at the top of the cylinder head .
The construction mode shown in Figs. 11 to 13
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comprises a cylinder head jacket divided into two separate compartments 21 and 22. The compartment 21 is supplied by a distributor duct 20 and the compartment 22 is supplied by the jacket 23 of the cylinder. The cylinder head is of the overhead valve type, in which the exhaust valve 24 is disposed in a side chapel 25 and the intake valve 26, above the cylinder 27, the latter valve controlling an opening 28 supplied by an intake duct 29 made of cast iron with the cylinder head.
The connection 30 for the spark plug is located on the side of the exhaust valve furthest from the cylinder.
Note that the distribution duct communicates with an orifice 31 located above and on one side of the connector 30 for the spark plug. This orifice communicates with a passage with reduced section 32 which surrounds said connector. Each end of passage 32 communicates with the cylinder liner by way of passage 33, as well as with a space 35 which surrounds the exhaust passages and extends the entire length of the cylinder block.
The wall 36 of the inlet duct constitutes the partition wall between the two compartments 21 and 22 of the water jacket. Water, after having passed through orifices 33 to enter the cylinder block liner, flows around the cylinder walls to the other side of the liner, of the cylinder block and back up through orifices 37, to enter in the space 22 of the cylinder head liner. Each of the compartments 21 and 22 is provided with an exhaust pipe 38 disposed on one side of the cylinder head as shown in FIG. 13. The flow of water from the cylinder block liner to the outlet pipe is controlled by thermostats 39.
Each of these thermostats can include, for example,
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a valve disposed in the end of the outlet pipe, close to the cylinder, this valve being controlled by an expandable element under the action of the. heat, arranged in the part of which it is most important to control the temperature, for example, near the passages 33.
The thermostats are set in such a way that if the temperature of the coolant drops below a predetermined value, said valves will move in the closing direction, which will have the effect of reduce the circulation of this fluid 'and, on the other hand, in the event that this temperature exceeds a predetermined value, said valves will move in the direction of opening.
It can be seen that the distributor duct 20 is provided with an inlet orifice 41 disposed near one of the outlet pipes and that the section of this distributor pipe decreases as it goes towards the opposite end of the cylinder block.
It will be seen that, thanks to the arrangement of the thermostats, described above, the temperature of the inlet duct and of the interior face of the. Cylinder head, located immediately above the cylinder, can be adjusted independently of the temperature in the combustion chamber, near the exhaust valve.
In the construction shown in End 14, the cylinder head is supplied with water through a distributor conduit 50 attached to the outer wall of the cylinder block liner.
Holes 51 are formed in the. wall of the cylinder block liner, 'and conduits 52 passing through said orifices extend between said cylinders and run upwardly to terminate at the orifices 58 provided in the upper face of the cylinder block. These ports 55 communicate directly with channels 54 which surround the
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fittings for spark plugs. The outlets of the pipes 52 are arranged so as to direct a high velocity stream of water against said fittings for the spark plugs. Other orifices 53, provided in the distributor pipe, communicate with the liner of the cylinder block.
The latter is also joined by a small passage 55 with the side opposite to the said spark plug connections, of the cylinder head sleeve. The outlet end of the pipe 52 is arranged, with respect to the opening 58, so as to produce, in the cylinder, a circulation of water by discharge, that is to say that the water is discharged. forced from the cylinder block liner through port 58.
In all of the construction methods described so far, the water is circulated preferably and mainly by pump.
In the Construction Mode shown in Fig. 15, the water is circulated by thermo-siphon.
Note that the main communication between the cylinder head liner and the cylinder block liner is established through a relatively large opening 60 provided in the underside of the cylinder head, which opening coincides with another opening 61 provided in the liner. of the cylinder block near the exhaust duct.
The inlet connection for the cooling water is located at 63 towards the lower end of the cylinder block liner and on the side opposite to that which carries the exhaust duct 62, while the outlet connection for cooling water is provided at the top of the cylinder head and above the cylinders, as shown at 64.
The intake duct came from cast iron with the cylinder block and is arranged below the exhaust duct so as to be heated by the stagnant water in
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part 66 of the cylinder block liner. The inlet and outlet for water and the passageways for communication between the cylinder head liner and that of the cylinders, are arranged relative to the outlet duct% - 'Hot water 52 so as to promote the action of thermo-siphon, which causes the water to flow in the direction generally indicated by the arrows, in the drawing, leaving a relatively still body of water around the inlet duct.
In addition to the relatively wide openings 60 and 61 -provided respectively in the cylinder head liner and in that of the cylinders, other, sharper openings 67 and 68 are provided in said liners on the opposite side of the engine. Given the absence of the thermo-siphon effect, the amount of water flowing directly from the inlet 63 to the cylinder head liner and from there to the outlet 64, is much less than the amount of water flowing through passages 60, 61.
The flow of the coolant can be modified and regulated in existing engines, according to the principles of the present invention, and this by providing a special seal between the cylinder head and the cylinders. Said special seal is provided with openings of predetermined dimensions, which will cause the main stream to flow from the cylinder liner to the heated areas of the cylinder head. Such a seal is designated by 70 in FIG. 11.
In an existing engine, - in which, for example, the water jacket of the cylinder block communicates with that of the cylinder head through orifices made in the facing faces of these jackets and in which the water is brought to the cylinder liner to be evacuated through the cylinder head jacket, - it may be noted that the quantity of water flowing around the spark plug housings is insufficient.
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The flow of water around these housings can be reinforced by the. provision of a seal between the 'oloc of the cylinders and the cylinder head, this seal having orifices made so as to coincide with the orifices of said liners, and calibrated in such a way that the water passages remote from the spark plug fittings are located strangled, while the water cassâmes close to the said fittings keep their primary dimensions.
By virtue of this arrangement, the flow of the coolant can be regulated so as to maintain the temperature in the cylinder head within the desired limits, as discussed above.
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1 - An internal combustion engine, characterized in that a relatively small area in the vicinity of the ignition device is maintained at a temperature lower than that at which the self-ignition of the compressed fuel mixture can occur. , and in that a relatively large area
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part of the cylinder head is kept at a tej'-lDére,
ture greater than that at which the fuel is deposited on the cylinder walls, and this for the purpose described above.