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Perfectionnements aux moteurs à combustion interne
La presente invention se propose, pour les moteurs à combustion interne, des perfectionnements basés essentielle- ment sur le contrôle de la combustion'en séparant celle-ci en deux combustions distinctes effectuées, chacune, dans une chambre séparée de manière : à décaler, s'il y a lieu, une des combustions, et à pou- voir agir sur chaque combustion distincte, soit dans un but d'accâlération, soit dans un but de ralentissement.
On peut régler ainsi, à tout instant, le dégagement to- tal d'énergie et tendre vers la réalisation de tout dia- gramme désiré.
Un mode de réalisation consistera, dans le cas des mo- teure à carburation préalable, dans le refroidissement in-
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tense d'une importante masse des gaz "neufs", utilisés en com- bastion partielle et brûlant les derniers.
L'invention est applicable à tous ces moteurs soit à cha- pelle latérale (simple ou double), soit à soupapes par dessus, soit à admission par dessus et échappement en chapelle, soit enfin sans soupapes, et la dite invention est alors caractéri- sée par l'ensemble des points suivants.
Les déux chambres. distinctes de combustion sont: soit plus ou moins éloignées et, par exemple, diamétralement oppcées, soit concentriques.
Ces chambres comuniquent par un ou plusieurs passages, au- tant que possible en large contact avec des parties refroidies (culasse, cylindre).
La chambra, où. a lieu la première combustion distincte, comprend obligatoirement la soupape d'échappement.
Elle peut contenir, également, la soupape d'admission,
Dans tous les cas, l'organe d'allumage est préférablement placé en bout de la chambre pour que la propagation de flamme s'effectue dans un seul sens.
La soupape d'admission, quand elle débouche dans cette pre- mière chambre, est préférablement située au voisinage de l'orga- ne d'allumage. Le trajet de propagation de flamme est alora res- serré de manière que le front de flamme atteigne rapidement la soupape d'échappement.
On réalise, préalablement à sa combustion, un refroidisse- ment intense du melange carburé contenu dans. la seconde chambre.
Celle-ci est donc, de préférence, placée dans la classe ou le cy- lindre, de mandera à être entièrement refroidie par la circula.- tion d'eau. Au cas de contact important avec le piston il est essentiel de donner à la chambre une forme très aplatie, pour augmenter le rapport de la surface de paroi au volume limité.
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Chaque fois qu'il est possible, on évite, pendant l'as- piration, le mélange des gaz. neufs et des gaz résiduels de la seconde chambre, ce qui, ultérieurement, augmente la teneur en gaz inertes du mélange carburé refoulé et brassé dans. cet- te chambre mais, par contre, diminue la tener en gaz. inertes dans la première chambre.
Par suite on accélère la première combustion et on ralen- tit la seconde. On améliore également le fonctionnement à char- ge réduite.
A mesure que se développe la combustion, provoquée dans la première chambre, l'élévation consécutive de la presaion re- foule, vers la deuxième chambre, une partie du mélange carburé.
Cette partie se trouve laminée et refroidie dans. les espaces faisant communiquer les deux chambres. -
Les gaz arrivent avec une certaine vitesse dans la secon- de chambre.
La turbulence consécutive rend le mélange homogène et ac- tive fortement les échanges de chaleur avec la paroi refroidie.
Ceci limite l'échauffement du mélange carburé, progressivement comprimé dans cette chambre. Or, le phénomène dé détonation dépend, au plus haut point, de la température préalablement at- teinte par les gaz. devant brûler les derniers.
Pour parvenir à la seconde chambre, la flamme doit pouvoir se propager dans les espaces refroidis faisant communiquer les deux chambres. rabaissement de température qu'y slit la flam- me diminue sensiblement aa vitesse de propagation. La flamme ne peut parvenir à la seconde chambre qu'après que le piston a par- couru une certaine distance depuis le point mort haut.
La turbulence existant alors dans la seconde chambre, y as- sure rapidement la seconde combustion. Mais, le piston ayant pris de la vitesse, cette combustion, s'effectue à volume nettement croissant. D'autre part, une partie de la chaleur apportée est directement transformée en travail extérieur,
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On obtient donc, pour les moteurs à carburation préalableT la très importante caractéristique d'un apport final de chaleur effectué sensiblement µ. pression constante.
Ceci permet, sans augmentation anormale de la pression ma- xima, d'accroître fortement le rapport de compression) la pres- sion moyenne et le rendement.
AUTO-REGULATION- Toute cause tendant à l'accentua- tion de l'accroissement de pression, dans la première chambre, a pour effet de provoquer le refoulement,dans la seconde chambre, d'une fraction plus élevée du mélange carburé. Ainsi se trouve réduite la quantité de chaleur utilisable, au voisinage du point mort haut, pendant la première combustion.
D'autre part, la vitesse de passage et la turbulence dana la seconde chambre se trouvent accruea, ainsi que le refroidis- sement consécutif, ce qui ralentit la seconde combustion.
Des causes opposées produisent les effets inverses. Il y a donc, selola variation des conditions de marche, une sorte d'auto-régulation tendant à maintenir un fonctionnement optimum.
Une seconde auto-régulation résulte du déplacement trans- versal, au-dessus du piston, de la flamme, se propageant d'une chambre vera l'autre.
. La. hauteur et par suite la surface du front de flamne dé- pendent du chemin déjà parcouru par le piston à partir du point mort haut.
Pluset rapide le mouvement du piston et plus vite augmen- te l'étendue du front de flamme et par suite, la. vitesse de combustion.
Dans l'ensemble, quoique l'allumage ne soit provoqué -à point fixe ou variable- que dans la première chambre il y a ré- glage, au maux, de la combustion distincte effectuée dans la seconde chambre. Ce réglage entièrement automatique, selon l'al- lure de la combustion effectuée dans la première chambre et lea conditions de fonctionnement.
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MARCHE A CHA,RGE REDUI2E OU A TRES GRANDE VITESSE - A char- ge très réduite on peut rechercher une amélioration des condi- tions de marche en provoquant séparément la seconde combustion.
La seconde chambre comporte alors un organe distinct d'allumage.
De la pleine charge à une certaine fraction de celle-ci, on utilise uniquement l'allumage dans la première chambre.
Le fonctionnement est celui déjà, décrit.
Pour une charge inférieure on utilise le double allumage, simultané ou décalé.
Le passage d'un mode à l'autre est commandé ou automatique.
Il peut fonctionner, par exemple, d'après, ia valeur de la dé- pression à 1'admission.
Pour les moteurs devant pouvoir tourner à très grande vi- tasse, le double allumage peut être utilisé à pleine charge, au- delà d'une certaine vitesse de rotation.
Le fonctionnement avec utilisation intermittente d'un dou- ble allumage constitue une réalisation possible de l'invention.
Toutefois, l'allumage unique suffit pour assurer un fonctionne- ment remarquable, quelles que soient les conditions de charge et de vitesse'.
DÉTENTE PROLONG'E- Les dispositions selon l'invention, per- mettant d'augmenter le rapport de compression et la pression moyenne, facilitent l'emploi combiné duae détente prolongée.
Celle-ci obtenue pour les moteurs à quatre temps, à quatre cy- lindres ou davantage, par le procédé connu du transvasement, au moyen de l'exagération du retard apporté à la fermeture de l'ad- mission.
L'auto-régulation résultant de la disposition des chambres séparées permet de rechercher, aux grandes vitesses, le couple maximum compatible avec les données constructives sans avoir à craindre un accroissement dea fatigues thermique et mécanique quand la, vitesse de rotation diminue.
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Malgré, la sous-alimentation, volontairement provoquée, les dispositions selon l'invention permettent un accroissement de la puissance maxima. Ceci accompagné d'une importante amé- lioration de rendement.
MOTEURS D'AVIATION - Par l'augmentation ma.rquée de puissan- ce qu'elles apportent,les dispositions, selon l'invention, per- mettent de conserver une pression moyenne élevée malgré l'emploi d'une détente prolongée.
Par suite l'invention fournit, pour les moteura d'aviation, une solution du prolbème de la suralimentation permettant de maintenir le couple malgré l'altitude.
Il suffit de réaliser, au sol, une détente prolongée entrai*. nant le refoulement et le transvasement d'une importante frac- tion de la cylindrée.
En avançant progressivement, par tout moyen approprié, la fermeture de la. soupape d'admission, on maintiendra le couple jusqu'à une altitude déterminée, fonction de la prolongation de détente admise au sol. On réalisera simultanément :
Une suralimentation permettant d'apporter au moteur un nom- bre constant de calories.
Une surcompression augmentant le rendement.
EMPLOI DE COMBUSTIBLES LOURDS - L'on peut réaliser un moteur à combustibles lourda en introduisant du combustible directement o dans l'une ou dans les deux chambres de combustion distinctes: réalisées selon l'invention.
Deux cas généraux principaux peuvent être envisagés,
A - Injection de combustible, en quantité égale ou inégale, dans chaque chambre séparée.
Cette injection peut être simultanée.
On peut-encore décaler les infections, ce qui permet, sans crainte de surpression trop élevée, de donner une avance sensible à la première combustion. On peut encore utiliser un combustible plus lourd pour la seconde combustion.
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En provoquait, vers le début de la course motrice du pis- ton, la rencontre brutale des jets gazeux provenant de chaque chambre, on obtient un brassage intense accélérant fortement la fin de la combuation.
B - Injection de combustible dana une seule chambre.
On peut obtenir un fonctionnement particulièrement inté- ressant.
La seconde chambre forme d'abord un '$réservoir d'air" mais, contrairement aux dispositions de ce genre, il n'y a pas souf- flage progressif d'air sur une flamme plus ou moins localisée.
Il se produit, dans la première chambre, une combuation gén'éralisée,, Celle-ci est plus ou moins rapide selon l'intensi té de la turbulence réalisée. Cette intensité varie: dans le même sens que la vitesse de rotation et en sens. inverse de la vitesse d'augmentation de presaion dans la première chambre.
Il y a donc auto-régulation complète..
Dans les dispositifs connus d'emmagasinage d'air on obtient, après le point mort haut, un apport intermittent, sous, la déprea- sion que crée le mouvement descendant du piston.
Selon l'invention, une surpression, provoquée mécaniquement avant le point mort haut, dans la seconde chambre, établit, de celle-ci vers la première chambre, à travers leurs, passages de communication, un rapide débit d'air. Celui-ci persiste malgré l'augmentation de pression que provoque la combustion dans la première chambreo
Ce débit d'air et la turbulence consécutive ne sont ralen- tis ou même arrêtés que ai l'élévation de pression est trop ra- pide, avant le point mort haut,dana la première chambre.
Commençant avant l'injection du combustible, le débit d'air assure, pour celle-ci, une diffusion et une atomisation compara- bles à celles produites par l'injection pneumatique.
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L'intense turbulence produite assure une utilisation beau- coup plus complète de la cylindrée. Ceci permet d'augmenter la pression moyenne et facilite l'application à l'automobile et à l'aviation.
Le fonctionnement sera plus complètement décrit à partir des figurea prévues au dessin annexé.
MOTEURS A COMBUSTIBLES LOURDS ET A DETENTE PROLONGHE- Les considérations,déjà. exposées, au sujet des moteurs à carbu- ration préalable, conduisent à envisager l'emploi d'une détente prolongée pour les moteurs à combustibles lourds et à haute pres- sion moyenne, réalisée selon l'invention.
Pour ces moteurs, et quel que soit le nombre de leurs cylin- dres, on obtiendra une détente prolongée en refoulant une partie de l'air admis au temps d'aspiration.
On pourra., par exemple, obtenir ce résultat simplement en retardant la fermeture de la soupape d'admission.
Le rapport de compression sera naturellement déterminé à partir du volume existant réellement à la fermeture retardée de la soupape d'admission.
En utilisant, au sol, une disposition de détente prolongée par refoulement, on peut, en réduisant progressivement la frac- tion refoulée, obtenir pour l'aviation un moteur à huiles lourdes conservant son coulle jusqu'à une altitude déterminée,
Cette méthode permettant d'augmenter momentanément la com- pression peut être utilisée pour faciliter le démarrage à froido Le rapport désiré est ensuite rétabli pour la marche normale.
On peut encore, avec une plus grande facilité, adapter le moteur àl'emploi de combustibles plus ou moins, inflammables.
On peut, dans tous les cas, envisager, en marche normale, de maintenir à une température plus élevée une fraction des pa- rois de la.première chambre, de la seconde ou des deux.
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La figure 1 montre, d'une part, en A B C D un diagramme théorique classique BEAU DE ROCHAS comparé avec des diagrammes, à détente, prolongée, selon l'invention la courbe G H envisa- gea.nt le cas d'un turbo-'compresseur). doutes les autres figures du dessin annexé sont de$ croquis touà-fait schématiques, de proportions quelconques, indiquant, à titre d'exemple, quelques formes de réalisation de l'inven- tion. Les fig. 5 à 19 et 22 à 30 concernent dea moteurs à car-' buration préalable*
Les figures 2, 3 et 4 sont des dispositions classiques res- pectivement modifiées, selon l'invention, en fig.5, fig.6 et fig .7.
Dans le cas des fig,14 et 15, c'est par un simple modifica- tion de la. forme du sommet du piston que l'on sépare deux cham- bres distinctes.
On ne peut obtenir, alors, la caractéristique essentielle, d'abaisser fortement la température du mélange dans la seconde chambre, qu'en donnant à celle-ci une forme très aplatie (élé- ment de couronne, segment de cercle, etc...).
'Pour lea figures 18 et 19, on a prévu, à titre d'exemple, le double allumage intermittent, décrit dans l'invention*
Les fig.22 à 30 sont des variantes de la disposition com- portant la seconde chambre concentr ique à la première.
La bougie d'allumage B indiquée sur toutes ces figures pourrait être remplacée par un injecteur pour l'utilisation de combustibles lourds.
C'est cette utilisation à laquelle se rapportent les figu- res 20 et 21. Pour l'une et l'autre, il est prévu un injecteur pour chaque chambre. On a, dans le cas de la fig.21, admis que l'allumage était obtenu par une étincelle électrique.
Sur toutes lea figurea, C est la première chambre, Cl la seconde, A une soupape d'admission, E d'échappement; B est une bougie d'allumage, 1 un injecteur, P le piston.
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Pour les diverses figures, le fonctionnement résulte clai- rement de ce qui a été exposé et sana qu'il soit nécessaire d'insister davantage.
L'homme de l'art pourra se fixer en toute indépendance, selon chaque cas particulier, la disposition, qu'il estimera préférable.
On remarquera que, dans le cas très général des moteura à culasse rapportée, l'application de l'invention peut s'obte- nir par simple subatitution d'une nouvelle culasse, de desain appropriée
Las fig.31, 32 et 33, pour l'emploi des huiles lourdes, se rapportent au cas d'un injecteur unique dans la première cham- bre. La seconde forme d'abord réserver d'air puis devient, à son tour, chambre de combustion.
En Fig.31 et 32, la première chambre c est axiale, la seconde
C1est concentrique.
En Fig.33, la première chambre C est latérale.
Le fonctionnement est analogue dans les deux cas.
Le fond de culasse ou le sommet du cylindre comporte une partie surbaissée N de façon à présenter la forme de gradins, partie dans laquelle pénètre le prolongement S du piston confor- mé également en gradins.
A une certaine distance du point mort haut, le prolongement S du piston étant parvenu au niveau de cette partie N, la seconde chambre Cl ne communique plus avec la première C que par un jeu annulaire très réduit existant au sommet du piston et par les passages étroits K, spécialement prévus.
En raison des proportions réelles adoptées, le mouvement du piston provoque, alors, une augmentation plus rapide de pression dans la chambre C1.
Par suite, une partie de l'air contenu dans cette chambre C1 se trouve refoulé dans la première C y provoquant une turbu- lence d'autant plus intense que la vitesse ascendante du piston est plus grande.
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C'est au sein de cette turbulence qu'est effectuée,dans la première chambre, l'injection de combustible.
Si l'on suppose la -seconde chambre Ci complètement isolée de la premère C, la pression y augmenterait rapidement selon une loi que l'on peut, dans chaque cas, déterminer approximativement à priori.
- Pendant la combustion s'effectuant dans la première chambre, si la pression augmente moins vite que prévu, il y aura passage d'air de la seconde chambre dans la première. La turbulence et l'apport d'oxygène accéléreront la combustion jusqu'à ce que l'accroissement de pression tende à se rapprocher de celui dési- ré. Cette action accélératrice, variable avec la vitesse, se ré- glera automatiquement,, Dans le cas d'augmentation trop rapide de la pression, elle sera entièrement s upprimée.
Après le point mort haut, il y aura, au contraire, passage partiel de la première chambre C vers la deuxième C1.
Lorsque le piston sera parvenu au-dessous du niveau de la partie basse N de la culasse (fig.32) il s'établira, brusquement, une circulation accélérée de la première chambre vers la seconde dans laquelle, au contact de l'oxygène disponible s'effectuera très rapidement la seconde combustion.
En adoptant un dimensionnement convenable on tendra à obtenir, à pression constante, l'apport final de chaleur effec- tué après le point mort haut.
On remarquera qu'une reduction de la charge, allant jusqu'à la suppression de la seconde combustion, n'inflence pratiquement pas la première.
Il en résulte, pour la marche à charge réduite, une augmen. tation du rapport de détente et par suite du rendement indiqué.
Selon les cas et applications on pourra, bien entendu, apporter aux diverses réalisations de l'invention les modifia cations n'en altérant pas le principe.