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Moteur à combustion interne
Cette invention a trait à un procédé pour effectuer la combustion dans un noteur à combustion interne.
A l'heure actuaire, les moteurs à combustion inter- ne qui donnent des résultats satisfaisants dans l'indus- trie peuvent être divisés en deux classes générales. La première comprend les moteurs qui utilisent les carburants ou combustibles extrimement volatile tels que la gazoli- ne ou essence minérale etdans lesquels la combustion est provoquée par le passage dune étincelle électrique à travers un mélange homogène de proportions approximati- vement correctes de carburant et d*air. Dans le cycle de combustion idéal dun moteur de ce type, dès que la combustion a été commencé! elle développe une énergie suffisante pour élever la température et, par conséquent augmenter l'activité chimique du mélange restant,
de sorte que la réaction se poursuit uniformément et pro-
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grls8iTIlDlnt depuis la acamneemint jinqutà ltathèvemat eomplet. Ce oyole de tombuation idéal M peut pas 'tri obtenu ai le rapport de oompr4oeion dépasse une otrtaint valeur, pour oette raison que, lorsque oommenot la eombaetion, la prenation de la charge entier* augmente.- par lteffet d'une oombustion partielle et quel, si la zip- port da tompreanion dépasse une Talenr définie, une inflam- mation spontanée du earbnrant restant etofféotue et don- ne lieu à une détonation Tiolente. Cet ineonrénient est l'un des plue graves que présente l'emploi des oerbarants volatils et de ot prooddd d'amorçage de la oobu8t1'B et il a incita les inventeurs à efftçtutr des rooberobte très étendues sur tas aarbnrants et sur leu oompo*48 .nti-4.'tonant..
A oette aime olasse de moteurs appart1'DD8nt,48. moteurs qu'on a aharaha a. Etablir en va de anbatitnar une huile oonbuetibie de qualité inférieurs aux earbu- rente volatile* Dans ses nwtaura,l;hnila est vaporinde avant son mélange avis l'air, et la sharge hOIlO'êll8 de proportions convenables dtair et de aarburant est adaim ne au oylindre, comprimé* et allumée de la faqon prded- dament ddorite, Ola moteurs présentent toutefois le* mime* inoonTdndnts qne .eu qui utilisent les oarbu- rente plue Tolatila, outre qu'ils ne permettent pas de développer la aime quantité de Puienanet que le@ moteurs similaires Oravaiblant arts un oarbnrant plue volatil aux dire= pointe de la mime dahalle da vitesses, Par oonodquente eau moteurs ne oonTiannent que pour les ap- pliaatiohe dans lesquelles en désire réaliser nne deonom ait an oarbnrant an= dépens du rendement,,
On et rend compta du rendement mddioort des moteurs de et genre si l'on oonsidèr4 que l'air doit ttre dond en harmonie *vat la aarbnrant et qatun réglage queleonque de iaadmiseien diminue la oharge du Cl111ndrl.
Les moteurs de la seoonda classa comprennent les
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moteurs travaillant suivant le cycle Diesel, o'est.&-d1- re le cycle à allumage par compression. Bien entendu, le succès de l'allumage par sompression et la réalisa- tion satisfaisante de la réaction chimique sont subor- donnée s à l'obtention, bar l'effet de la compression, d'une température suffisante et d'une oonoentration en±- fisante des substances prenant paztà la réaction, pour
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aommeaear la combustion, Dans l'allumage par oompression il et produit un retard ou décalage entre le GOID.8noemen de l'injection du combustible et l'allumage,
ce retard étant inhérent à la sorte on qualité de oombuatible appli-
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qude, Certaine combustibles n'enflamment promptement à des pressions et températures raisonnables, tandis que d'antres sont difficiles à enflammer quelles que soient
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la température et la pression qui in%erviahnn%. Bien entendu, l'huile combustible est un mélange complexe de composes dahydrooarbures et Tarie en ce qui concerne ses propriétés d'inflammation.
Les premiers moteurs qui utilisèrent l'allumage par
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compression possédaient un alésage et une course relati...
Tement grands et o$eot seulement dans ces dernières an- nées quton a effectué des essais tu Tna de la création de moteurs a. allumage par compression qui possèdent un faible alésage et une faible oours-e, pour travailler à des vitesses de rotation relativement grandee, Ces essais n'ont guère été suivis de succès paroi que, à mesure que l'alésage et la course diminuent, le rapport entre la surface de la chambre de combustion et son volume augmente.
Cet accroissement du rapport de la surface au volume est accompagné d'un accroissement de l'effet de refroidissement, de sorte que, pour produire uniquement par compression des températures suffisamment élevées pour enflammer les combustibles dont on dispose,, il faut appliquer des rapports de compression plus élevée dans les moteurs de faible alésage et de faible course. On
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peut y remédier dans une faible meaure en augmentant le
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rapport entre la course et Italdsagt, mais., dans la pratique, le gain nttet pas suffisant peur rendre le petit moteur à allumage par comprennion pratiquement r6alieable,
mime si l'on a reoour. 1. dao surfaces chaudes à l'intérieur da la ohambra da combustion ou aa préohauf- fage de l'air pour faciliter l'inflammation* Le problème à réaoudre pour assurer, dans las tours da faible alénage et da faible course, des rapporte de oompr4saien ouffisammont élevés pour provoquer 1allnnsge par compression ait en outre compliqué par le fait qua Igeupsoe mort rdoultant est ai petit qu'11 est difficile, sinon impossibl4t de ord4r la place 'voulue pour le 31.
ilte soupap4a en mime tempe qu-une capacité de forme pro- pra à permettre Itinjoetion et la p111T'r1.a1ilon du oom- baatibla, Une autre àiffioalté da 1'ellumag par compression est que, mime avec un rapport ai compression égal à if,
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le décalage de l'inflammation est tel qu'en ne peut pas
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obtenir dee viteante comparables à celles de moteurs tra-
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vaillant avec les carburants volatile, Il en résulte que
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les moteurs dont le fonotionneartnt est basé sur la pri n oipe de ltallamaee par oomprisaion ne peuvent pas 6tre utilisée dans les applioations qui exigent un élénage et une course relativetaent faibles, un faible poids par mp. port à la piliaeanoe développée, une bonne souplesse et une échelle de vitesses relativement étendue, De al'me.
, oe type de moteur ne et prtte pas à la construction nord mall.41 des moteurs du type non4l travaillant av4o 144
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mélangea carburée et l'allumage électrique pour cette
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raison que sa construotion doit étra telle qu'il soit capable de résister à des pressions très élevées ausesp- tibles titre or"..
dana la chambre de oombuation par
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une inflammation prématurée*
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Le but principal de la présente invention ont d4
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permettre d'effectuer une oombustion extrêmement efficace dans le cylindre d'un moteur à combustion interne par un procède dans lequel la décalage de l'inflammation est rendu négligeable et ininfluenoé par la valeur de la compression et du rapport entre les pourcentages de oom- bustible et d'air de la charge, ou par la volatilité du combustible ou carburant, et dans lequel le processus de la combustion possède les mêmes caractéristiques en tous les pointe d'une grande échelle de compressions,
ce qui surmonte les difficultés et inconvénients qui oarao- térlssient les procèdes antérieurs appliques ou propo- ses pour commencer et produire la combustion.
Dans la mise en pratique de l'invention, le cylin- dre du moteur se oharge complètement d'air dans la course d'admission du piston, et le combustible peut être injecté par la méthode d'injection "solide" ou sans air.
On crée un arc électrique à proximité du jet de combus- tible, cet arc commençant de préférence avant le commen- cement de l'injection et se terminant à L'achèvement de l'injection, L'intensité et la durée de cet arc sont telles que son influence électrique et thermique suffit pour dissocier les substances réagie*antes,de l'air et du combustible à un degré suffisant pour amorcer et produire une combustion efficace, L'inventeur a découvert que.
par cs procédé, on peut créer une combustion possédant les mêmes caractéristiques quels que soient les taux de com- pression entre les limites d'une grande échelle et que le décalage de l'inflammation est négligeable et inin- fluensé à un degré quelconque soit par le taux de com- pression, soit par le rapport entre le combustible et l'air de la charge, de sorte que le moteur possède une souplesse et une échelle de vitesses qui peuvent être comparées favorablement avec celles des moteurs usuels employant les carburants très volatils.
Il devient ai nsi possible de créer un moteur utilisant des huiles combus-
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tibia* peu eouteuaea et dent log dimen8ion. et le rapport de compression peuvent itre tels qu'ila conviennent pour l t usage que le moteur est appelé à recevoir, le mode
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dotation de ce moteur étant favorablement comparable avec celui des moteurs de dimensions et poids similaires utilisant les carburants très volatile,
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On décrira oi-aprèn, à titre d'exemple, un mode dt réalisation du présent proodad en se référant au demain
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annexé qui est une vue schématique d'un moteur permettant
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de mettre en pratique 14 présent procédé pour amorcer
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et produire la combustion dans un moteur à combustion
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lIate 1']11.
Dans oe dessin on a représenté aohématiqneaent un moteux à oombaution interne qui peut @tre établi oontor mément aux méthodes 44 fabrication normaliaée adoptée$ pour la construction des moteurs utilisant das Mlang80 aarbaréo. Comme la oonstruotion d'un moteur da et genre est courante, on,nla pas jugd nécessaire de la reprdeeter ni de la décrire en détail. Il suffira cl4 dire qua la moteur comprend la cylindre nsua 1 10 muni dtnne oulae*4 11 et présentant des lumières cliadmission et d'échappé** ment comm=iquant aveu 1.. conduite dcadminsion et dbdo chappem4at.
Dans un moteur po11071*-1141'iqu., les oonduits d'admission et d'échappement peuvent âtre reliée à &es ooll4eteurs convenables, Bien entendu, l'ouT.n1l1't et la fermeture des lumières d'admission et d'échappement sont régie a par des soupape a d'admission 4* dudohapp4mat qui sont ooananàéoe dans un rapport de t4ape déterminé atea le* courses don pistous par l'intermédiaire d'un arbre à came a recevant sa eatamande du vilebrequin du moteur, ai.- si qu'il est de pratique courante.
Le moteur fonctionne érideament suivant le principe du cycle a. quatre taupe avec sensiblement la même relation da t4rapoo entre la piston et les aoupapea, que dans les moteurs uam4le a.ti
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lisant des mélangea oarburds,
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Le moteur est muni d'un dispositif d'inaction com- prenant une soupape d'injection 12 dont l'ajutage commu- nique aTeo la chambre de combustion, située à. la partie supérieure du cylindre* Bien entendu, le dispositif d'in- jeotion est du type créent une injection dite "sclide" ou sans air,
mais ce dispositif peut être de l'un quel- conque des types dans lesquels la soupape pulvérisstrice est actionnée dans un rapport de temps convenable avec les courses du piston pour injecter une quantité convena- ble de combustible dans la chambre de combustion.
En fonctionnement, la soupape pulvérisatrice est de préférence actionnée pour commencer l'injection entre trente-cinq degrés et dix degrés avant le point mort su- périeur, selon la vitesse, La durée de l'injection s'é- tend entre deux degrés et vingt-cinq degrés des positions angulaires du vilebrequin. Bien entendu, cette durée varie avec la vitesse et la quantité de combustible in- jectés.
Il peut Gtre avantageux de se servir d'un dispositif d'injection électrique et d'une soupape pulvérisatrice tels que ceux décrits dans les demandes de brevet dépo- sées en France par le mime inventeur les 25 Novembre 1932 et 28 Novembre 1932 pour "Appareil électromagnétique".
L'inventeur a constaté que ce dispositif et cette soupape conviennent pour les moteurs à grande vitesse et se prê- tent admirablement à un moteur de ce genre,
La culasse du cylindre porte en outre une bougie d'allumage 14 qui fait saillie dans la chambre de combus- tion et qui peut âtre d'un modèle normal. Les bornes de cette bougie sont intercalées sur le trajet du jet de combustible émanant de l'office de la soupape pulvéri- matrice lorsque cet orifice est ouvert pour l'injection.
Pour créer l'arc entre les électrodes de la bougie, on muait le moteur d'un alternateur aotionné par et en synchronisme avec le vilebrequin du moteur. Le champ de
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l'alternateur peut âtre créé par une batterie on 1 l'aide d'aimants permanente. Le courant débita par l'alternateur est fourni au primaire d'un transformateur élévateur dont le secondaire est relie par une de ses bornes à la borne isolée de la bougie d'allumage par l'intermédiaire d'un distributeur à hante tension usuel 17. l'autre borne du- dit secondaire étant mise à la terre.
Il est préférable d'intercaler sur le circuit du primaire un interrupteur 16 actionné par le moteur, de façon à interrompre le courant de l'alternateur pendant la période d'inactivité de la bougie d'allumage. La disposition polaire et l'en- roulement d'induit de l'alternateur sont tels qu'un are haute tension est créé pendant la période d'injectien entière, cet arc commençant de préférence avant le point le plus avancé possible de l'injection et continuant jus- qu'à ce que l'injection ait été terminée*
Pour faciliter le démarrage,
on a prévu un moteur de démarrage électrique 18 qui est aocoupld avec le moteur pour lancer celui-ci de la manière nouilles Dans le but de faciliter le démarrage et obtenir un arc énergique pendant la période de travail du moteur de démarrage,, on a prévu un enroulement secondaire produisant une force magnéto-motrice supplémentaire dans le circuit magnéti- que de l'alternateur, cet enroulement secondaire étant disposé de façon à être excité pendant le fonctionnement du moteur de démarrage.
Cet enroulement sccondaire peut soit être en parallèle avec le démarreur, soit être par- couru par le courant de démarrage entier, et la flux additionnel créé compense la vitesse de rotation relati- vemant faible que posséde l'alternateur pendant la démas- rage.
La caractéristique d'un alternateur actionné à des vitesses variables est d'engendrer une farce électromo- trice proportionnalle à la vitesses Toutefois, si la for- ce électromotrice est imprimée à un circuit récepteur in-
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duotif, tel que celui en question, le courant restera constant en tous les points de l'échelle des vitesses pour cette raison que l'impédance d'un circuit Tarie directement avec la fréquence.
Bien entendu, le voltage secondaire augmenterait continuellement avec la vitesse s'il n'était pas limité par l'intervalle entre les bor- ne $ de la bougie à.' allumage.
On remarquera que l'arc à haute tension créé de la fa' çon précodemment décrite cet maintenu pendant toute la durée d'un angle relativement grand du vilebraquih. et que, par conséquent, cette tension élevée existe pendant toute la durée de l'injection, quel les que soient loti variations d'avanoe et de retard qui peuvent être néces- saires pour une grande échelle de vitesses.
L'arc dans la chambre de combustion peut être compa- ré au type d'arc employé dans les fours à nitrurer, et le rôle de l'arc dans le présent procédé de combustion est différent de celui de l'étincelle créée pour amorcer la combustion dans les moteurs du type usuel utilisant des carburants volatils et des mélanges de proportions chimiquement correctes de oarburant et d'air. La durée de cette dernière étincelle est excessivement courte, étant donné que l'énergie qui provoque sa formation est uniquement celle qui peut être accumulée dans le circuit magnétique d'une bobine d'induction relativement petite.
Une étincelle de ce genre ne peut allumer qu'un mélange vaporeux 6. peu près chimiquement correcte alors qu'un aro à haute tension tel que celui appliqué suivant le présent procédé est capable de créer une profonde trans- formation chimique dans la chambre de combustion.
L'inventeur a découvert que lorsque le courant ré- sultant d'une décharge électrique créée dans l'air sous une pression donnée dépasse une certaine Taleur, le eau raotère de la décharge semble subi? un changement graduel, mais marqué. Avec un courant de quelques milliampères,
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l'étincelle, bl4u4,-et filam4nttu84,.4et accompagnée à'an brait de claquement caractéristique, mais lorsque le
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courant augmente, il l'effeotue un changement profond.
Le point de transition n'est toutefois pas prononcé, étant donné que la flamme augmente graduellement en même tempe que le claquement diminue. Cette flamme pos- aède toutes les caractéristiques de la combustion et est probablement le résultat de la combustion d'azcte dans de l'oxygène,. L'inventeur a découvert qu'une décharge électrique de ce genre, créée à proximité deun jet de combustible et en présence d'air, provoque une combustion instantanée,que ce soit à la pression atmosphérique ou à toute autre pression, Par conséquent,
lorsqu'on soumet à l'action d'un arc de ce genre une charge non vaporisée renfermée à l'intérieur de la ohambre de combustion* cette charge brûle quels que soient les taux de compression, ce qui permet de réaliser le présent procédé dans des moteurs travaillant à des taux de compression très dit- féranets.
11 semble que, en raison de son intensité et de sa durée, l'aro à haute tension fournisse une quantité suf- tisante d'énergie électrique et thermique pour dissocier la molécule d'oxygène que contient l'air de la oharge à proximité de l'arc et la convertir en oxygène atomique qui, en se combinant de nouveau en contact avec des par-
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tioules de combustible, produit ltox7àation.
Il cet bien connu que lorsqu'on fait passer un gas diatomique tel que l'hydrogène ou l'oxygène à travers un arc à haute tension, la molécule se dissocie et prend la forme atomique, Ainsi, l'hydrogène se convertit en hydrogène atomique, qui se combine ensuite de nouveau L'énergie engendrée pendant cette nouvelle combinaison ont égale à celle nécessaire pour dissocier le gas, et la température créée pendant cette nouvelle combinaison
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est supérieure a otlle de la flamme oxyaoitjlènique,
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En commun avec l'hydrogène atomique,
il semble pro- bable que L'oxygène atomique exige qu'une surface soit prévue sur laquelle il puisse se combiner de nouveau, Par conséquent, lorsque l'arc à haute tension est créé dans le cylindre à proximité du combustible et d'air, l'oxygène atomique se reoombine probablement sur la surface des particules de combustible qui Tiennent d'être injectées et son énergie est libérée à cet endroit, ce qui provoque une oxydation violente, Conformément à ce qui précède, la combustion est régie par la quantité de liquide injectée par unité de temps et ne dépend pas de l'élévation de pression créée par l'action du piston ou par une combustion partielle.
De même, le décalage de l'inflammation est négligeable et n'est influencé ni par les proportions du combustible et de l'air de la charge, ni par les pressions résultant de l'action du piston.
En raison de ce qui précède, il est évident que le rapport de compression pourra être choisi bien entendu entre oertainea limites- par le constructeur puisque la combustion aura les mêmes caractéristiques en tous les points d'une grande éohelle de compressions.
Il est aussi évident que,dans le présent procédé, la combustion n'est pas précédée d'une vaporisation, et oeoi est démontré par le fait que, dans la pratique, le moteur démarre à froid pendant le premier demi-tour alors que l'injection ne commence qu'au point mort supérieur, En outre, l'allumage ne dépend pas de la concentration d'un mélange et l'on a oonstaté par des essais réels que,, avec l'injection d'une quantité constante de combustible,, on peut diminuer l'admission d'air dans une mesure con- sidérable sans diminuer la régularité de l'allumage.
En fonctionnement, on lance le moteur à l'aide d'un moteur de démarrage comme pour les moteurs usuels. Une charge entière d'air pénètre dans le cylindre lors de la
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course d'aspiration et, après que le piston a commencé la
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course de oompraasion, et de préférence ayant la ooumen oement de l'injection, un circuit est établi à travers la bougie d'allumage pour créer l'aro à haute tension de
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la façon ddorite, Au moment voulu* soit entre 25 et 10 degrés avant le point mort, la soupape d'injeotion S'OUTre et l'injeotion oommenoe.
Bien entendu, l'aro or aux faibles pressions à l'intérieur du cylindre a pour effet d'ioniser l'interTale entre les électrodes et de faoili- ter la passage de l'aro pendant 18injection et aux prte- aions supérieures,
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Ainsi qu'on l'a dit précédemment, l'intlnsit4 et la durée de Itare sont telle% que son influence dlootrique et thermique suffisent pour dissooier les substances réagit- aantes de l'air et du combustible à un degré suffisant pour amoroer et produire une combustion efficace, En d'autres termes, en raim n de la présence de l'arc à hau-
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te tension, la molécule d'oxygène et diasooia pendant son passage à travers l'aro et,
en raison de la présence de l'huila combustible, matière très sajo%to à etox7dr, il se produit une raaotion très vigourtune et très prompte,
Dans la pratique, on a dtabli un moteur à quatre cylindres et à. quatre temps possédant un alésage de 115 millimètres et une course de 95 millimètres, la rapport de compression étant approximativement 5,75. Ce moteur est entièrement du type usuel à. l'exception, bien enten- due de la chambra de combustion et des dispositifs d'in- jeotion et d'allumage. Ce moteur particulier développe
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40 OV à 2500 tours, 44 0V à 3250 tours at 50 CY à 4000 tours par minute. On a employé dans ce moteur de l'huile lourde pour moteurs Diesel, ayamt un poids spécifique
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de 27 degrés.
L'éohelle des vitese4a de ce moteur est oompriaa entre 250 tours environ et plus de 4000 tours par minute et tous les essais aff4ottide ont fait ransore
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tir que la combustion est efficace en tous les points de cette échelle de vitesses et que les reprises sont très rapides à toutes les vitesses,,
On a aussi effectué des essais de ce moteur avec une chambre de combustion appropriée à l'emploi efficace de
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1 e seenoe minérale à tljqe de carburant, et des essais comparatifs indiquent clairement que le mode d'action et la production de puissance d'un moteur travaillant sui- Tant le présent procédé pour amorcer et produire la com- bustion sont supérieurs à ceux du moteur usuel utilisant l'essence minérale.
On a représenté et décrit Inapplication de l'invention à un moteur du cycle à quatre temps, mais il est évident pour l'homme du métier que le présent procédé de combus- tion pourra aussi aisément être appliqué aux moteurs à deux temps.
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