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Perfectionnements aux dispositifs et procédés d'homogénéisation de la charge des cylindres de moteurs à combustion interne.
La présente invention concerne des moyens et des procédés pour homogénéiser les matières de charge et distribuer ces matières dans ces conditions d'homogénéisa- tion aux cylindres d'un moteur à combustion interne, et l'invention a pour but de vaporiser parfaitement le cons- tituant combustible de la charge, afin d'obtenir une dis- tribution uniforme aux cylindres et une bonne combustion, et d'après l'invention ce résultat s'obtient en soumet- tant les particules combustibles non vaporisées de la- charge à une vaporisation sphéroldale, pratiquement sur l'ensemble de la portée de fonctionnement du moteur, afin d'assurer l'amenée aux cylindres d'une charge homogène, dense et froide, de façon à obtenir un couple maximum du
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longues branches 16 et 18, et sort par les coudes de sortie 20 et 22 et les sorties intermédiaires 24.
Dans la forme représentée, le col 14 mène vers le bas, afin de se raccorder à la culotte immédiate- ment au-dessus des entrées à ses diverses branches, et en ce point on a prévu une chambre de distribution 26 d'où la charge est amenée aux branches 16 et 18.
Les branches 16 et 18, menant aux cylindres de bout, comportent des entrées 28 et 30 d'aire plus gran- de que l'aire des ouvertures de même aire 20, 22, 24, et leur aire de section transversale diminue graduellement vers les coudes 20,22, pour assurer une augmentation de la vitesse de la charge lorsque cette dernière s'approche de ces coudes.
Dans la forme représentée, les branches 16 et 18 comprennent chacune une partie supérieure 32, semi- cylindrique et de préférence horizontale, de section transversalement pratiquement uniforme de son extrémité interne à son coude, et une partie inférieure 34 débou- chant à sa base dans la partie supérieure 32 et s'éten- dant de l'extrémité interne de la branche dans son coude, en diminuant graduellement de section transversale vers ce coude.
Dans cette construction particulière, l'incli- naison désirée du fond de la branche de conduit d'admis- sion et sa conicité dans l'ensemble s'obtiennent ainsi que représenté sur la fig. 4, qui montre des coupes transver- sales successives suivant les lignes x, y et z de la fig.
6 La coupe transversale au coude est un cercle x de rayon r. Les coupes transversales de la partie supérieu- re 32 du coude vers l'intérieur, sont des cercles par- tiels x', x", comportant le même rayon r, les centres c des divers cercles se trouvant sur la même ligne horizon- tale. Toutefois dans leur ensemble, les sections transver- sales sont progressivement élargies vers l'extrémité
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interne de la branche, la partie inférieure 34 possé- dant des sections transversales se conformant à des cer- cles partiels a, b, ayant le même rayon r et décrits sur les centres c', c", disposés verticalement au-des- sous des centres c et augmentant progressivement de dis- tance par rapport à eux, les cercles partiels a, b s'u- nissant avec les cercles partiels x', x".
Du fait de son élargissement progressif en pro- fil général vers le bas, la branche s'incline vers le bas et vers le centre de la culotte suivant un angle no- table pour la vidange, ainsi qu'indiqué en d sur la fig.
4. En même temps, le passage de branche varie de section transversale dans l'ensemble, suivant un degré déterminé uniquement par les variations de section transversale de la partie inférieure 34 relativement plus étroite, le degré de variation de section transversale du passage de branche dans l'ensemble étant moindre que le degré de va- riation de section transversale de la partie inférieure 34. Les parties inférieures- 34 comportent en conséquen- ce des inclinaisons suffisantes pour une vidange et assu- rent une diminution progressive relativement légère des branches, pour provoquer un rapport d'accélération propor- tionnel à la distance parcourue par les matières de-charge dans le but d'assurer un débit uniforme par tous les ori- fices.
Ainsi que représenté, la culotte d'échappement 12 est du type dans lequel les gaz d'échappement sont con- duits des cylindres vers le centre et sortent par une sor- tie centrale 36, les branches 38 et 40 comportant des ouvertures 42 disposées pour coïncider avec les passages d'échappement du bloc de cylindres. La culotte d'échappe- ment est établie au-dessous de la culotte d'admission et est de préférence solidaire de cette dernière.
Dans la présente forme d'exécution de l'inven- tion, les branches de la culotte d'échappement et leurs
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passages se trouvent entièrement au dessous du plan des branches d'admission et de leurs passages, les deux cu- lottes étant en contact thermique l'une avec l'autre et étant reliées de manière solidaire par des cols longitu- dinaux ou parties de liaison 44, qui, ainsi que représen- té sur la fig. 1, augmentent de préférence d'épaisseur vers les extrémités externes de la culotte. La quantité de chaleur conduite à l'admission, à sa base ou fond, dé- pend de l'épaisseur du métal du col de liaison 44...Avec cette construction le conduit d'admission est exposé pra- tiquement en entier à l'air autour de sa circonférence ou périphérie, sauf pour cette partie 44.
Si on le désire la partie inférieure des bran- ches d'admission peut être construite ainsi que représen- té sur la fig. 7, dans laquelle la partie circulaire 34 est remplacée par une gorge relativement profonde 34a, qui diminue vers l'extrémité externe de la culotte, de même que la partie 34, afin d'assurer des inclinaisons de vidange chauffées et une variation générale d'accélé- ration de charge dans la conicité de la branche comme un tout.
Dans la présente invention, un chauffage est assuré au moyen d'un élément en forme de dome, chauffé aux gaz d'échappement et de grande conductivité thermi- que, établi en alignement avec le col central à la jonc- tion des branches d'admission, et dans un creux hors du chemin du mélange de charge dans les branches, de sorte que l'air n'est pas chauffé.
On vise à soumettre les particules de combusti- ble, projetées ou actionnées du courant de charge, lors de sa dérivation dans les branches,'contre le dôme, à des températures plus élevées que le point final du combusti- ble, pour produire une vaporisation sphéroïde du combus- tible, et pour obtenir les avantages qui en découlent, ainsi que plus explicitement décrit dans la suite.
Par
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exemple, les'points finaux pour des gazolines de pesanteur différente s'étendent de 150 à 2740 et les points sphé- roides dans le même ordre s'étendent de 178 à 315 . Les températures des gaz d'échappement varient dans les diffé- rentes conditions du fonctionnement du moteur de 150 en- viron à 205 jusqu'à 760 à 815 environ, les basses tem- pératures se produisant dans la marche à vide du moteur et les températures les plus élevées à grande vitesse sous pleine charge. Les températures des gaz d'échappement va- rient directement avec le retard d'allumage, l'étendue de la variation dépendant de la charge et de la vitesse du moteur. Les températures des gaz d'échappement varient aussi directement avec la vitesse du moteur et avec le pourcentage de la charge du moteur.
Les températures des gaz d'échappement varient aussi directement avec le degré de passage de combustible, et sont moindres avec des rapports de mélange quelque peu plus riches que le rapport de grande puissance. D'après ce qui précède on se rend compte que les températures des gaz d'échappement réelle- ment disponibles dans un moteur à combustion interne sont capables, sauf aux faibles vitesses et faibles charges, de produire des vapurisations sphéroïdales du combustible sur l'ensemble du fonctionnement du moteur, pourvu que la chaleur disponible puisse être transférée au combustible.
Dans la marche à vide du moteur et avec de très légères charges, la forte dépression et la très faible de combustible employé, donnent une excellente pulvérisa- tion et un excellent entraînement.
La perfection de la vaporisation du combustible dépend des calories qui peuvent être transférées au com- bustible pour provoquer cette vaporisation, du degré de transfert de chaleur des gaz d'échappement au combustible, et de l'étendue de la surface disponible pour ce transfert.
Le temps requis pour vaporiser le combustible est égale- ment appréciable, notamment lorsqu'il est nécessaire
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d'approcher d'une saturation complète de l'air en carbu- ration, et les pressions de vapeur tendent à s'opposer à cette vaporisation. Comme le mélange de charge est aspi- ré à grande vitesse à travers la culotte, le temps offert pour la vaporisation du combustible dans la culotte est court. La présente invention permet de transférer de la chaleur adéquate au combustible pour obtenir une charge homogène pendant le temps disponible pour la vaporisation du combustible, la vaporisation étant telle qu'elle per- met à la charge de pénétrer dans les cylindres sans con- densation de combustible, bien que les branches de la cu- lotte par lesquelles la charge passe, soient relativement froides.
D'après l'invention le degré maximum de trans- fert de chaleur des gaz d'échappement au combustible est assuré par la disposition d'un dôme chauffé, en une matiè- re de grande conductivité thermique, par exemple un allia- ge de cuivre possédant- une conductivité thermique de 0,92 environ, au lieu de celle de 0,16 du fer. En donnant à la surface chauffée la forme d'un dôme, on assure une surface chauffée adéquate, parfaitement exposée aux par- ticules de combustible projetées, sans être exposée au constituant air de la charge. On prévoit ainsi une grande surface chauffée sans prolongement inadmissible de cette surface dans un plan horizontal.
La disposition d'une surface de chauffage en dôme, comportant une composante verticale relativement grande, permet, notamment dans une culotte à aspiration descendante telle que représentée, aux particules de combutiole de rouler ou de descendre par pesanteur sur la surface tout en étant soumise aux effets de chauffage de cette surface, et de se vaporiser ainsi plus rapidement, sans risque de s'assembler en pa- quets, qui dans le chauffage intense disponible pourraient provoquer le combustible à former des produits goudronneux, au lieu de se vaporiser.
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Avec cette disposition, des températures de gaz d'échappement adéquates sont toujours disponibles, même aux basses vitesses, pour provoquer une vaporisation sphé- roldale du combustible sans chauffage inadmissible de l'air, ni refroidissement indû de la surface chauffée par contact avec l'air. Le transfert de chaleur par l'agent rayonnant à grande conductivité est rapide et tout change- ment de la température des gaz d'échappement est immédia- tement effectif sur le cumbustible, sans retard indû.
Par exemple en cas d'accélération après une période de marche à vide, la température d'échappement étant basse et la pression d'admission étant pratiquement égale à la pression atmosphérique, le dôme se chauffe rapidement pour vaporiser convenablement le combustible additionnel requis à ce stage de fonctionnement,
Dans la marche à vide et avec des fractions de charge, la chaleur disponible en raison du degré de trans- fert élevé, tout en étant suffisante pour produire la va- porisation sphéroldale du combustible, en assurant une économie dans l'emploi du combustible et une bonne distri- bution aux divers cylindres, n'est pas excessive au point d'exiger une réduction, tandis que dans des conditions de charge et à de grandes vitesses,
les températures des gaz d'échappement étant de beaucoup supérieures aux températu- res sphéroïdales requises pour la vaporisation .du combus- tible, on prend d'ordinaire des dispositions pour contrô- ler la chaleur disponible au dôme pendant ces conditions de charge mentionnées en dernier, de façon à ne pas nuire, par chauffage indû de l'air, à l'efficacité volumétrique, et en conséquence à la puissance du moteur, et à pleine charge, tout en assurant la vaporisation sphéroidale, des charges denses et froides sont amenées au cylindre en don- nant une puissance maximum.
Le conduit d'admission 10 est pourvu à la jonction de ses branches en face du col 14, d'une partie
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de paroi conique 46 s'étendant vers le bas dans le passage d'échappement coaxialement à ce passage et à es- pacement des parois de la sortie 36, c'est-à-dire à peu près au point où les deux courants de gaz d'échappement s'unissent, point qui est pratiquement la partie la plus chaude du gaz d'échappement.
L'extrémité supérieure de la partie 46 débouche dans la culotte d'admission et son extrémité inférieure est fermée par un élément en forme de dôme ou une partie de paroi 48 espacée de cette extrémité pour former une chambre pratiquement annulaire 50, à l'opposé de l'entrée 14 au point de subdivision du courant de mélange de charge, mais se trouvant notable- ment au delà de son chemin, l'extrémité supérieure du do- me 48 se trouvant de préférence entièrement au dessous du plan des branches d'admission.
La partie 48 est de préférence séparée de la partie 46 et est en une matière de grande conductivité thermique, par exemple en un alliage composé principale- ment de cuivre. L'intérieur 52 de la partie ou élément 48 est exposé aux gaz d'échappement chauds, l'élément comportant de préférence des moyens disposés pour assurer une circulation commandée des gaz d'échappement chauds à travers cet élément.
Dans la présente forme d'exécution, ce disposi- tif comprend un déflecteur ou chicane 54 formant un prolongement solidaire de la partie inférieure relative- ment massive 56, qui forme un réservoir thermique soli- daire du dôme 48 et se trouve dans la sortie 36 des gaz d'échappement. La chicane 54 s'étend dans la. eham- bre 52, en divisant cette dernière environ en deux par- ties égales, et se termine tout près du sommet de cette chambre. On forme ainsi un coude de retour comportant une entrée 57 à travers laquelle une partie des .gaz d' é chap- pement chauds sont détournés de la partie de sortie 36 et sont dirigés en contact avec la partie supérieure du
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dôme.
Les gaz d'échappement détournés passent directe- ment à l'atmosphère par un tuyau 58 relié à l'extrémité du passage coudé de retour 52, de façon à accélérer la circulation et à maintenir le chauffage du dôme à un ma- ximum. Le dôme 48 peut être moleté ou rugueux pour transférer la chaleur au combustible dans une mesure ma- ximum et diminuer les dépôts pelliculaires: Les gaz d'é- chappement sont ainsi amenés à passer de manière comman- dée et continue à travers le passage 52 pour chauffer le dôme 48.
La culotte d'échappement 12 est disposée de façon à fournir de la chaleur au col 14 de la culotte d'admission en entourant le col d'un prolongement en che- mise 60 de la culotte d'échappement. Le col 14 se termine en angle aigu, ainsi qu'indiqué en 61, pour écar- ter tout liquide combustible du col et le faire passer dans le courant d'air.
Le diamètre de la partie tubulaire 46 à l'en- trée est notablement plus grand que le diamètre du passa- ge dans le col 14, de sorte que les particules pénétrant et s'échappant de la chambre 50 ne se gènent pas. Les parois 46 et 48 forment entre elles la chambre annu- laire 50 qui est soumise sur les deux côtés à la chaleur la plus concentrée provenant des gaz d'échappement. L'élé- ment en métal massif 56, par exemple en cuivre, etc.. sert de réservoir thermique pour une alimentation uniforme de chaleur au'dôme 48 par conduction. Cette chambre 50 est éventée à l'atmosphère de préférence par le passage 62, ce passage pouvant aussi servir d'orifice pour l'admission de combustible dans la marche à vide, si on le désire.
La purge d'air par le passage 62 sert à agiter le combustible dans la chambre ou cuvette 50 et aide au chauffage en ramenant le combustible dans l'admission pen- dant le fonctionnement du moteur, ou si le combustible li- quide s'accumule dans la chambre 50, il peut sortir par
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le passage 62.
Le combustible, quand on se sert d'une injec- tion gazeuse en utilisant un carburateur à papillon an- térieur, pour injecter ce comoustible dans et à travers le courant d'air dans le col 14, est très parfaitement pulvérisé en raison de sa grande vitesse, et du fait de sa grande surface exposée à l'air il en absorbe la cha- leur très rapidement. La rapidité de l'absorption de chaleur est d'une importance extrême en raison de l'inter- valle de temps disponible extrêmement court et qui au ma- ximum avec le passage d'une faible charge dans la marche à vide du moteur, et au minimum avec le passage de la charge à grande vitesse dans le fonctionnement à pleine puissance. Lorsqu'on se sert d'un combustible lourd, il peut absorber plus de chaleur que des combustibles plus légers et plus volatils.
La chaleur de la charge est ain- si réduite de façon à favoriser une charge très dense don- nant un bon rendement volumétrique, et le combustible est en grande partie gazéifié ou vaporisé, ou les deux, ou est amené à un état de brouillard ou de très fine divi- sion, de sorte qu'il est en suspension dans le courant d'air qui l'entraîne, sans qu'il se produise de condensa- tion ni de dépôt sur les paruis du conduit lursque le courant de charge se divise ou change de direction dans son chemin vers les cylindres du moteur.
Le courant de combustible injecté ou de combus- tible entraîné par l'air et provenant d'un carburateur ordinaire, contient d'ordinaire certaines arties ou gout- tes de combustible suffisamment lourdes pour continuer leur course en ligne pratiquement droite sans déviation de la charge dans les branches.
Après cette déviation il est-,possible d'entraîner les particules de combustible plus'légères, parfaitement suspendues dans le courant d'air, vers les cylindres du moteur, et en appliquant de la chaleur des gaz d'échappement aux parois du conduit
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d'admission, qui sans cela seraient humidifiées par des gouttes de combustible déposées plus lourdes, il est pos- sible d'assurer une application sélective de chaleur pour vaporiser et suspendre ce combustible sans chauffage indé- siré de l'air de la charge.
Dans l'exemple représenté ce résultat s'obtient en dirigeant la charge combustible vers le bas dans le col 14, qui à la base se divise vers chaque côté, tout en appliquant de la chaleur des gaz d'échappement dans ce col, en l'entourant de la chambre de gaz d'échappement 60, de façon à constituer une paroi chaude enveloppante, dis- posée pour être en contact avec les lourdes particules de combustible s'écartant vers la région externe du cou- rant de combustible soufflé et pour leur appliquer de la chaleur., et en disposant le dôme chaud 48 en ligne avec l'extrémité de décharge du col 14, où la partie chauffée frappe et fournit de la chaleur de vaporisation aux lour- des particules de combustible projetées dans cette par- tie .
En tant que les gaz d'échappement circulent de manière 'commandée à travers le dôme 48 sous une diffé- rence de pression appréciable en raison de l'échappement direct à l'atmosphère des gaz d'échappement détournés, le dôme peut être soumis au maximum de chaleur disponible.
En disposant le dôme convexe 48 dans le chemin du combus- tible projeté vers le bas, le choc des particules combus- tibles sur ce dôme fait que ces particules en sont réflé- chies ou déviées sans tendance à s'unir ou à s'accumuler sur le dôme, ce que ces particules feraient si la surface était plate, et du fait qu'on a prévu une surface courbe s'étendant vers le bas, les particules de combustiole peuvent descendre par pesanteur le long de cette surface . jusqu'à leur vaporisation, de façun à augmenter la vapori- sation ou la formation d'un brouillard, sans accumulation de combustible liquide dans le fond de la chambre 50 .
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L'effet de vaporisation est également aidé par la dispo- sition d'une culotte à aspiration descendante, dans la- quelle les particules de combustible descendent par pesan- teur dans la direction du passage d'air sous le dôme 48.
La présente invention fait que la chaleur dis- ponible pour la pulvérisation du combustible est suffisan- te pour soumettre les particules de combustible à des températures sphéroïdales assurant une vaporisation sphé- roïdale sur l'ensemble de la portée du fonctionnement du moteur, et cette action sphéroïdale a effectivement lieu car il ne se forme pas de précipités goudronneux ou autres ni dans le dôme 48 ni dans la chambre 50, et la vapeur produite est pratiquement sèche, et ne peut pas être en- suite facilement condensée par contact avec les parois froides de la culotte d'admission.
Le pouvoir chauffant du dôme 48 dépend de l'air de sa surface et du passage de gaz d'échappement à travers son intérieur. Le diamètre du dôme 48 est de préférence plus grand que le diamètre du passage 14 qui est en ligne avec lui, de sorte que le courant s'évasant de particules de combustible projetées venant du col 14 est complètement en contact avec ce dôme pour obtenir la vaporisation. De plus, oien que le dôme 48 possède une surface suffisante pour fournir la chaleur requise puur la vaporisation de tout le combustible, sa surface est disposée largement hors du chemin de l'air passant aux cy- lindres, le dôme comprenant une composante pratiquement verticale, qui est plus effective pour aider à la vapori- sation, sans exposer l'air à ses effets de chauffage.
La charge produite dans le passage aux cylindres prend de la chaleur de la base et des extrémités chaudes du passage d'admission et après décharge aux cylindres du moteur elle est et reste en état pour une combustion ef- fective, nette et sans fumée, l'emploi de ces bases chau- des et de la chemise 60 étant supprimé lorsque le com- bustible est de la gazoline.
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Avec cette culotte la charge est parfaitement homogénéisée en raison de l'action effectivé de vaporisation et de l'action sphéroïdale du dôme 48, et de toutes les autres surfaces chauffées, et ce résultat s'obtient sans chauffage indû de l'air. Il en résulte une distribution uniforme d'une charge homogène aux cylindres et une puissance maximum avec le maximum d'économie.
REVENDICATIONS:-
2 Culotte d'après 1 , dans laquelle le dôme est disposé à l'opposé de l'admission de combustible au delà du chemin du courant de charge.
3 Culotte d'après 2 , dans laquelle le dôme comporte un intérieur creux par lequel les gaz d'échappe- ment peuvent circuler.
4 Culotte d'après 3 , dans laquelle le dôme creux est divisé pour former un passage en U servant au passage des gaz d'échappement.
5 Culotte d'après 4 , dans laquelle l'extré- mité de décharge du passage en U débouche directement à l'atmosphère.
6 Culotte d'après 5 , dans laquelle le dôme comporte une partie relativement massive s'étendant dans le courant de gaz d' échappement.
7 Culotte d'après 2 à 6 , dans laquelle on a pris des dispositions pour recevoir- le dôme dans un creux ou puits, dont une paroi externe est soumise à la chaleur des gaz d'échappement.
EMI13.1
L 1 Culotte d'admission dans laquelle on a in- corporé en juxtaposition à l'admission de combustible, un ,1/ ,eJne élément en forme de dôme disposé pour être chauffé par les gaz d'échappement.
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