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PROCEDE ET DISPOSITION POUR LE FONCTIONNEMENT DES MOTEURS A HUILE LOURDE.
La présente invention a pour objet un procédé pour le fonctionnement des moteurs à huile lourde, ainsi que des dispositions particulières dans le moteur même. Jusqu'à ce jour, on connaît essentiellement deux groupes de moteurs à huile lourde,notamment, d'une part, les moteurs Diesel dans lesquels prend naissance, par suite de la forte compas- sion de l'air aspiré dans le cylindre,une température si élevée que le combustible injecté dans le cylindre s'allume et, d'autre part, les moteurs à corps incandescent dans lesquels l'allumage a lieu sous l'effet de la projection du combustible
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sur un corps chaud ou incandescent.
Le premier genre de moteurs présente l'inconvénient qu'il nécessite des pompes spéci les pour l'injection du combustible et, en outre, des pompes convenables à refroidissement pour le balayage et la mise en charge, ce qui diminue, évidemment, le rendement global de l'installation. Le moteur à corps incandescent présen- te,par.contre . l'inconvénient qu'il nécessite une très grande consommation de combustible.
Tous ces inconvénients sont radicalement éliminés par la présente invention qui a pour objet un procédé pour le fonctionnement des moteurs à hui@lourde qui est caractâri- sé par le fait que la pression de compression, extrêmement basse, engendrée dans le cylindre moteur est utilisée pour la compression et l'injection du combustible grâce à l'adjonc- tion d'un transformateur de pression.
Ce procédé présente l'avantage que l'air dans le cylindre moteur n'a besoin d'être comprimé qu'assez faiblement et qu'en outre les pompes de balayage et de mise en charge ainsi que les pompes d'injection de combustible deviennent complète- ment superflues.
La pression de compression, relativement basse, engendrée dans le cylindre moteur de la machine est utilisée, dans un transformateur de pression convenablement disposé, pour comprimer fortement l'air, additionné de combustible, dans une chambre de compression (de mise en charge) spéciale jusqu'à ce que la pression finale résultant de la compression étant atteinte dans le cylindre moteur, le combustible soit éjecté ou expulsé par la charge d'air de cete chambre spéciale de compression dans le cylindre moteur.
Ce procédé peut s'appliquer avec les mêmes avantages aussi bien dans les moteurs à quatre temps que dans ceux à deux temps. Le transformateur de pression travaille toujours à
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deux temps en aspirant alternativement le combustible pour le comprimer et l'injecter à la fin dans le cylindre moteur.
Pour la réalisation du procédé, le moteur est établi, conformément à l'invention, de manière telle que. par exemple, dans la tête de cylindre d'un moteur à deux ou quatre temps se trouve disposé un transformateur de pression ayant la forme d'un pistog étagé glissant dans des cylindres opposés sous l'efret des pressions engendrées dans le cylindre moteur. La disposition est telle que le cylindre à diamètre maxima du piston étagé communique directement avec le cylindre moteur, tandis que les cylindres plus petits, séparés par les parties du piston étagé, sont établis en forme de chambres de compression pour l'air et le combustible.
L'idée inventive admettant encore d'autres possibili@ de réalisation, est mise en évidence sur le dessin annexé dont:
La figure 1 est une coupe à travers le cylindre d'un moteur-à huile lourde.
La figure 2 est une coupe, analogue à celle de la figure 1, à travers la tête de cylindre d'un autre mode de réalisation de moteur à huile lourde.
La figure 3 représente en coupe une pièce détachée de la figure 2.
La figure 4 montre le diagramme de travail du transformateur de pression et la figure 5 le diagramme de travail du piston moteur, c'est à dire de l'ensemble de la machine.
Dans le cylindre moteur 1, glisse le piston 3.
La bielle 2 articulée sur le piston 3 porte, à son extrémité, allant au-delà de l'axe de piston 4, une pièce asymétrique 5 formant tiroir de distribution et coopérant avec une ouverture 6 ménagée dans le fond du piston. Dans la tête de cylindre 7, se trouve monté le transformateur de pression. Dans la
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conduite d'aspiration d'air frais 8, est logés la soupape d'admission 9, tandis qu'à l'extrémité inférieure du cylindre 1 est prévue une lumière d'échappement 10 pour les gaz brûlés.
La tête de cylindre 7 sert en même temps, partielle- ment ou entièrement, de carter pour le transformateur de pression, carter dans lequel se trouve monté le piston étagé formant pièce principale du transformateur de pression et composé de trois parties 11, 12 et 13. la partie de piston 11 de diamètre maximum travaille dans un cylindre 14 raccordé directement au cylindre moteur 1 de la machine. La partie de piston 12 ayant un diamètre moindre que celui du piston 11, travaille dans un cylindre 15 raccordé, à son extrémité supérieure, avec une chambre plus large 16 percée dans la pièce de carter 17 montée sur la tête de cylindre 7.
La partie de piston 13 de diamètre minimum travaille dans un cylindre 18 percé également dans la pièce de carter 17. le cylindre 14 communique constamment par un canal 19 avec l'air extérieur, de sorte que le piston 11 ne peut jamais comprimer l'air dans le cylindre 14.A l'extrémité inférieure du cylindre 15 pour le piston 12, débouche un canal 20 par lequel l'air extérieur pénètre dans le cylindre 15. La conduite d'alimentation en combustible 21 pouvant être équipée avec un clapet de retenue, sert à amener le combustible à Impartie inférieure du cylindre 18 par l'intermédiaire d'un canal 22. A l'extrémité supérieure du cylindre 18 débouche une lumière 23 reliant le cylindre 18 avec le cylindre 15.
Dans la partie supérieure du carter 17, on a prévu, au-dessus du cylindre 18, une chambre 24 dans laquelle une soupape de réglage 25, actionnée par un ressort comprimé 26, agit de manière telle que normalement le cylindre 18 ne communique pas avec la chambre 24. Le canal 27 rapène le
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combustible s'échappant à travers la soupape 25 dans le canal d'amenée de combustible 22.
Dans la partie'de piston 12 est, en outre, prévu un canal oblique 28 débouchant dans la chambre intérieure 29 du piston 11, ouverte vers le cylindre moteur 1.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
Quand le piston 3 commence sa course motrice, la bielle 2 avec son tiroir de distribution 5 se trouve dans une position telle que l'orifice de passage 6 dans le fond du piston est fermée. Quand le piston 3 a presque fini sa course motrice, le tiroir 5 ouvre l'orifice 6, de sorte que les gaz brûlés peuvent passer au-dessous du piston 3 et s'échapper,, à travers la lumière 10, à l'extérieur. Pendant la course de retour vers le haut du piston 3, l'orifice 6 est encore au début maintenu ouvert, de sorte que les gaz braies peuvent s'échapper également pendant la course de montée du piston 3.
Quand ce dernier a parcouru à peu près 5/8e de sa course, le miroir asymétrique 5 referme l'orifice 6. Quand le piston a atteint sa position extrême supérieure, la course d'aspira... tion commence. La soupape d'admission 9 s'ouvre, grâce à quoi l'air frais est aspiré dans le cylindre moteur 1. A la fin de la course d'aspiration et au début de la course de compressi le tiroir de distribution 5 ouvre de nouve au l'orifice 6 du fond de cylindre, de sorte qu'il s'ensuit un balayage bien poussé des gaz brûlés se trouvant encore, éventuellement, dans le cylindre.
Le piston étagé 11, 12, 13 du transformateur de pression travailie à deux temps, notamment de manière telle qu'il monte sous l'action de la pression résultant de la compression dans le cylindre moteur. Si, par exemple, la pression absolue dans le cylindre moteur 1 est de 6 atmosphères et la surface de la partie de piston 11 est de 25 centimètres carrés, le piston étagé est poussé vers le haut sous l'effet
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de la différence de pression dans le cylindre moteur, grâce à quoi les pistons 12 et 13 ayant, par exemple, une surface libre de 2 centimètres carrés,engendrent dans les cylindres 15 et 18 une pression absolue de 75 atmosphères* Lors de la descente, précédemment effectuée, du piston étagé 11, 12, 13,
une aspiration d'air a eu lieu danq le cylindre 15 à travers le canal 20 ainsi qu'une aspiration de combustible dans le cylindre 18 à travers le canal d'amenée de combustible 22.
Lorsque le piston étagé se déplace vers le haut pendant la course de compression du piston moteur 3, la partie de piston 12 ferme d'abord le canal 20 et comprime l'air dans le cylindre 15.
En même temps la partie de piston 13 ferme le canal d'amenée de combustible 22, de sorte que le combustible et l'air sont comprimés simultanément. le combustible est enfin refoulé, par la partie de piston 13, du cylindre 18 aux chambres 15 et 16 à travers le canal 23. Quand le piston 11, 12, 13 atteint, approximativement, sa position la plus haute, l'ouverture d'entrée du canal 28 débouche au-delà de la paroi du cylindre 15, dans la chambre élargie 16 de diamètre supérieur. C'est ainsi que l'air fortement comprimé dans les chambres 15 et 16 entre immédiatement en action pour chasser ou éjecter violemment le combustible dans le cylindre moteur 1 à travers le canal 28 de la partie de piston 11, Le combustible se précipite d'abord, par suite de la position oblique du canal 28, sur les parois de la chambre 29 et se pulvérise.
Etant donné que, d'autre part, le combustible et l'air se sont fortement chauffés dans les chambres 15 et 16 par suite de leur compres- sion élevée il en résulte instantanément, pendant Injection du combustible, un allumage automatique de ce dernier qui est favorisé surtout par le fait que le combustible pulvérisé dans la chambre 29 se mélange intimement avec l'oxygène de l'air qui se trouve dans le cylindre moteur.
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L'injection du combustible a lieu lorsque le piston étagé n'a pas encore atteint sa position extrême supérieure.
Sous l'effet de l'injection et de l'allumage du combustible une forte élévation de pression s'engendre instantanément dans le cylindre moteur 1, laquelle exerce inversement son action sur le piston étagé 11, 12, 13 pour le pousser, avec une force plus grande, à sa position extrême supérieure.
Il en résulte que le combustible contenu dans la chambre 15,16 est totalement éjecté de cette dernière sous l'effet de la pression plus élevée.
Comme moyen de sûreté, on prévoit une soupape 25 influencée par le ressort 26. Si le combustible est trop for- tement comprimé, la soupape de réglage 25 se soulève dans son siège, en dépendance de la force réglable du ressort 26, de sorte que le combustible comprimé dans la chambre 18 passe par le canal 30 dans la chambre 24 pour revenir de là, par le canal 27, dans le canal d'amenée de combustible 22.
Le dispositif de sûreté 25,26 peut servir en même temps pour le réglage de la quantité de combustible à injecter.
En proportionnant convenablement les grandeurs des surfaces des pistons, on peut déterminer les pressions à réaliser pendant la compression et l'injection du combustible..
La figure 2 représente un autre mode de réalisation de la machine, dans lequel le pis-con étagé- se compose des deux parties 31 et 32. la tête du cylindre 33 est, dans ce mode de réalisation, d'une hauteur un peu plus grande et renferme également au-dessus du cylindre moteur 1= un cylindre 34 dans lequel travaille la partie de piston 31. la. partie supérieure de la tête 33 est fermée par un couvercle 35 fixé dans celle-ci,par exemple par vissage. Le couvercle 35 comporte intérieurement un évidement cylindrique 36 dans lequel travaille la partie de piston 32. L'extrémité supérieure du
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cylindre 36 comporte également une chambre élargie 37 fermée en haut par un chapeau 38.
Le couvercle 35 est traversé par un canal 39 menant au cylindre 34 et relié par un canal transe versai 40 avec la partie inférieure du cylindre 36. La conduite d'amenée de combustible 41 débouche également dans la partie inférieure du cylindre 36.
Le cylindre étagé 3132 comporte intérieurement une cavité 42 dans laquelle est logée une aiguille d'allumage 43,.
Cette dernière est vissée dans le piston 31 par son extrémité inférieure pourvue d'ouvertures de passage 44 reliant la cavité 42 avec le cylindre moteur 1.La partie supérieure de la cavité 42 est également reliée par un canal oblique 45 avec la face extérieure de la partie de piston 32. Sur la face supérieure du piston 32 est, en outre.prévue une cuvette 46 servant à recevoir le combustible. Quand le piston étagé se trouve dans sa position extrême supérieure, il est aspiré vers le bas pendant la descente du piston 3. Un vide se forme ainsi dans le cylindre 36 grâce à quoi le combustible est aspiré de la conduite d'ame- née 41 aussitôt, que l'ouverture de sortie de cette dernière est découverte par le piston 32. le combustible s'accumule donc dans la cuvette 46.
A l'instant où le piston découvre le canal d'amenée d'air 40 situé un peu plus bas, le vide disparaît ce qui arrête l'arrivée ultérieure de combustible.
Entre'-temps, la partie de piston 31 aspire, par le canal 39, de l'air dont la quantité peut être déterminée par un organe de réglage de manière qu'elle ne dépasse pas un maximum donné, afin d'empêcher que le piston ne vienne heurter contre sa butée disposée à l'extrémité inférieure du cylindre 34.
Pendant la compression dans la cylindre moteur, le piston étagé est poussé vers le haut en comprimant et chauffant fortement l'air et le combustible, jusqu'à ce qu'il établisse, un peu avant d'avoir atteint sa position extrême supérieure,
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la communication du canal 45 avec la chambre 37, grâce à quoi l'air fortement comprimé provoque l'injection du com- bustible, à travers le canal 45, dans la chambre 42 sur l'aiguille d'allumage 43, ainsi que la pulvérisation du combustible. Le Mélange d'air et de combustible s'allume et passe, à travers les orifices de sortie 44, dans le cylindre moteur ce qui provoque, par suite de la combustion, une augmentation de pression dont l'effet a déjà été décrit ci-dessus.
La figure 3 représente un mode de réalisation particulier de l'aiguille d'allumage, laquelle est constituée par un corps creux 47 muni de trous convenables 48 pour le passage ou l'entrée du mélange allumé. Une aiguille d'allumage de ce genre cède plus vite à l'air de la chambre 42, grâce à sa surface extérieure plus grande, la chaleur engendrée par la combustion. Etant donné que le piston 31932 contient, en outre, une chaleur interne correspondant à la température de combustion, il en résulte un surchaufiage de l'air de la chambre 42. Grâce à ce phénomène ayant lieu dans la chambre 42, la chute de température résultant de la détente d'air de la chambre de charge 36-37, est de nouveau compensée ce qui favorise sensiblement l'allumage.
La figure 4 représente le diagramme de travail du piston étagé. Diaprés ce diagramme, la course du piston étagé laquelle, comme mentionné ci-dessus, peut être réglée, est de 6 cm. par exemple. Pendant la course d'aspiration du piston moteur, le piston étagé se déplace de a à b, de sorte que dans la chambre de compression pour l'air et le combustible se produit un vide de 0,5 atmosphère. Ce phénomène est mis en évidence sur le diagramme de la figure 4 par la ligne a-b.
Pendant la course de compression du piston moteur, le piston étagé revient en arrière et comprime l'air aspiré
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avec le combustible dans la chambre de compression. Avant que le piston moteur arrive à sa position extrême supérieure, l'injection de combustible a lieu, à la suite de quoi la pression baisse d'abord un peu dans la chambre de compression pour l'air et le combustible. Sur le diagramme, les phénomènes de la compression et de l'allumage sont mis en évidence par les courbes b-c et c-d.
Etant donné qu'à la suite de l'injection du combustible dans le cylindre moteur une élé- vation considérable de pression se produit, laquelle s'exerce également sur le piston étagé en le poussant à sa position extrême supérieure, il s'ensuit que la pression s'élève aussi considérablement dans la chambre de compression pour l'air et le combustible, notamment suivant la courbe d-e du diagramme. Cette portion de courbe est représentée en pointil- lé puisqu'elle se rapporte essentiellement à une élévation de pression qui ne peut pas être utilisée directement dans le cylindre moteur.
Comme visible d'après le diagramme, la pression absolue s'élève d'abord, pour des dimensions correspondantes de la surface du piston, jusqu'à environ 60 atmosphères dans la chambre de compression pour l'air et le combustible. La température est d'environ 1000 degrés centigrades. Pendant l'injection, la pression absolue baisse jusqu'à environ 50 atmosphères. La haute température suffit cependant pour provoquer, makgré cela., instantanément un allumage du combus- tible aussitôt que ce dernier vient en contact avec l'oxygène du cylindre moteur. Au moment de l'allumage, il se produit une élévation de pression considérable jusqu'à environ 180 atmosphères qui provoque une éjection complète du combustible.
Quand l'injection est finie la pression baisse dans la chambre de compression pour l'air et le combustible en même temps que dans le cylindre moteur.
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La figure 1'représente le diagramme de travail du piston moteur ainsi que le mouvement de la manivelle.
Le piston moteur se déplace d'abord de !!à b, de sorte que l'air est aspiré dans le cylindre moteur à une pression absolue de 0,5 atmosphère. Pendant la course suivante, l'air aspiré est comprimé suivant la courbe b-c-d. Au point d, qui ne correspond pas encore au point mort du piston, commence l'injection et l'allumage du combustible ce qui engendre dans le cylindre moteur une élévation de pression considérable représentée sur le diagramme par la courbe d-e. Pendant cette élévation de pression la manivelle a parcouru le chemin d-e. A présent commence la course motrice mise en évidence sur le diagramme par la courbe e-f. La manivelle se déplace aussi de manière correspondante jusqu'au point f.
Au point f s'ouvrent les lumières d'échappement pour les gaz brûlés, de sorte qu'une chute de pression rapide a lieu pendant le parcours f-b. De b à a, le piston effectue sa course de retour en expulsant les gaz brûlés.
Pour pouvoir comparer l'invention avec les machines connues ou avec leur mode de travail, on a en même temps représenté sur la figure 5, en traits mixtes, le diagramme de puissance d'une machine normale à huile lourde.
Le pouveau procédé offre, en outre, la possibilité d'augmenter encore au-delà le rendement ou la puissance du moteur grâce au fait qu'il est possible de prolonger la période d'allumage, par une alimentation lente en combustible et une injection prolongée de ce dernier, pendant la course motrice du piston. De cette façon, on arrive à une courbe de travail qui est représentée sur le diagramme de la figure 5 en traits interrompus entre les points e et f.