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Perfectionnements aux chambres de combustion des moteurs à combustion interne du type à inflammation par compression.
L'invention se rapporte aux chambres de combustion des moteurs à combustion interne du type de ceux dans lesquel le combustible est injecté et enflammé par compression.
L'invention se rapporte seulement à ce type de mote dans lequel une poche constitue la plus grande partie possibl de l'espace mort qui se trouve à l'extrémité de la course de compression et dans lequel on force, pendant la course de com pression, la plus grande portion de la charge d'air à entrer dans la poche, qui constitue la chambre de combustion, à tra- vers un passage ménagé dans un organe chaud, tel qu'une pièce @
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d'obturation isolée thermiquement.
Le contour de la poche est approximativement une surface de révolution symétrique par rapport au plan perpendiculaire à son axe, tandis que l'axe du passage est situé dans ce plan, mais ne rencontre pas cet axe de façon que l'air pénètre dans la chqmbre plus ou moins tangentiellement et soit animé d'un mouvement tournant autour de l'axe de la chambre.
Des exemples de ce type de moteur sont décrits dans le brevet belge n .384.932 du même inventeur. Dans la construc- tion décrite dans ce brevet, la chambre de combustion a une forme sensiblement sphérique et le jet de combustible est di- rigé sensiblement suivant un diamètre, à travers la chambre.
En d'autres termes, l'axe du jet est dirigé vers un point dont la distance angulaire à l'orifice de l'injecteur, mesurée, en tournant autour de l'axe de la chambre, est de 180 environ.Con- formément à la présente invention, l'axe du jet du combustible est situé dans le plan de symétrie de la chambre susnommé, qui contient l'axe du passage, mais il est dirigé vers un point placé dans une partie chaude de la paroi de la chambre. La distance angulaire de ce point à l'orifice de l'injecteur, mesurée en tournant autour de l'axe de la chambre, dans le sens de la circulation de l'air, est au maximum d'un peu moins de 180 , mais pas moins de 1200 environ, tandis que l'orifice du passage se trouve en dehors de cet espace angulaire.
La valeur de cet espace angulaire préférée est comprise entre 1200 envi- ron.et 150 environ, et dans chaque cas, l'axe du jet ne doit pas traverser la chambre sur un diamètre de celle-ci.
La distance angulaire entre l'orifice du passage et l'orifice de l'injecteur peut, par exemple varier de 180 à
2250 environ, cette distance étant mesurée en tournant autour de l'axe de la chambre, dans le sens de la circulation de l'air,
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l'axe du jet étant alors dirigé vers un point situé sur l'or- gane chaud au travers duquel est ménagé le passage. De préfé- rence, la distance angulaire entre le passage et le point ver lequel est dirigé l'axe du jet est moindre que 90 , cette distance étant mesurée en tournant autour de l'axe de la chan bre, dans le sens de la circulation de l'air.
La partie chaude de la paroi de la chambre vers la- quelle est dirigé l'axe du jet peut !âtre constituée soit par une pièce d'obturation isolée thermiquement, soit par un four reau isolé thermiquement, tel que celui qui a été décrit dans le brevet dont il a été question précédemment, ou il peut êtr constitué par toute autre partie appropriée qui est disposée de façon à ne pas être refroidie effectivement par de l'eau, ou d'autre. manière.
On remarque ainsi que l'axe du jet est situé le lon d'une corde du contour circulaire de la chambre de combustion La distance de la corde au centre du cercle est, de préféren- ce, comprise entre le quart environ et la moitié environ du rayon du cercle (ces limites correspondant aux limites men- tionnées ci-dessus pour l'espace angulaire), tandis que l'ori fice du passage, l'air qui se dirige vers l'orifice de l'in- jecteur, et l'axe de la chambre sont tous du même côté de la corde, c'est-à-dire que le jet est dirigé tangentiellement à un cercle qui est concentrique avec le contour de la chambre de combustion et dont le rayon est moindre que la moitié du rayon de la chambre, le sens de circulation du combustible entrant étant le même que celui de l'air entrant.
Le dispositif de la chambre de combustion par rap- port au cylindre peut être tel que l'axe du passage coupe ce- lui de l'alésage du cylindre, ou, dans une variante, l'axe du
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passage peut être décalé de façon à passer d'un côté de l'axe du cylindre.
L'axe du jet de combustible ne coïncide pas néces- sairement avec l'axe de l'injecteur de combustible, puisque ce dernier peut être muni d'un orifice qui envoie un jet la- téralement ou obliquement. Dans ce cas, l'injecteur peut être monté de façon que son axe rencontre l'axe de la chambre de combustion, bien que l'axe du jet de combustible passe, comme indiqué ci-dessus, d'un côté de cet axe.
Dans une variante, l'axe du jet de combustible peut coïncider, ou coïncider sensiblement, avec l'axe de l'injec- teur. Dans ce cas, ce dernier est disposé de façon que son axe soit tangent à un cercle dont le diamètre est moindre que la moitié de celui de l'intersection de la chambre de combus- tion par le plan de symétrie dont il est question ci-dessus.
En ce qui concerne la forme de la chambre de com- bustion, elle-même, celle-ci peut être parfaitement ou appro- ximativement sphérique ou sphéroidale, ou elle peut avoir la forme d'une lentille bi-concave, ou celle d'une lentille bi- convexe. Dans une variante, la chambre de combustion peut être cylindrique ou en forme de tonneau. Elle peut aussi avoir l'as- pect de deux troncs de cônes qui communiquent entre eux par leurs plus petites faces, lesquelles se trouvent sensiblement au milieu de la longueur de la chambre, prise transversalement par rapport à l'axe du jet de combustible. Toutefois, dans chaque cas, le contour de la chambre de combustion est une surface de révolution et il est symétrique par rapport à un plan qui est perpendiculaire à son axe.
Dans le dispositif ci-dessus décrit, l'écoulement du combustible à partir de l'injecteur se produit dans une direction générale qui est comprise entre le centre ou l'axe
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de la chambre de combustion et sa périphérie, le jet étant injecté tangentiellement par rapport à un cercle tracé autour de l'axe de la chambre de combustion et dans la même direction que celle prise par la charge d'air après son passage à tra- vers le passage tangentiel ménagé à travers la pièce d'obtu- ration chaude. Le combustible injecté de cette manière dans la chambre de combustion est concentré dans le trajet de la portion d'air, circulant à l'intérieur de la chambre, qui est animée d'une grande vitesse linéaire.
De plus, le combustible est fourni là ou la plus grande quantité d'air tend à passer par-dessus ou à travers le jet de combustible à chaque révo- lution de l'air tourbillonnant. Il faut fournir la plus pe- tite quantité de combustible possible dans la partie centra- le de la chambre de combustion dans laquelle se trouve l'axe autour duquel l'air tourbillonnant tourne., puisque à cet en- droit la vitesse linéaire du flux d'air est faible ou presque négligeable. Lorsque le combustible est injecté et que la com- bustion commence, il est désirable que les produits de la com- bustion soient éloignés du jet et soient remplacés par de l'air frais qui pénètre et circule dans la chambre de combus- tion de façon qu'une combustion efficace puisse subsister jusqu'à ce que l'injection de combustible cesse.
La position et la direction du jet de combustible, ainsi que la vitesse de rotation de la charge d'air sont déterminées de façon que, autant qu'il est pratiquement possible, lorsque le moteur est à pleine charge, les produits de la combustion ne soient pas renvoyés par l'air tourbillonnant dans le jet jusqu'à ce que la plus grande quantité de l'air dans la chambre de combus- tion ait été brûlée et que l'injection de combustible ait ces- sé.
L'invention peut être réalisée pratiquement de diffé
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rentes façons, mais on va décrire certains modes de réalisa- tion, à titre d'exemple, en se référant aux dessins joints dans lesquels:
La figure 1 est une élévation en coupe, schématique, d'une partie de la construction d'un cylindre d'un moteur à combustion interne.
Les figures 2, 3 et 4, sont des élévations en coupe de différentes variantes d'injecteur de combustible.
La figure 5 est un diagramme indiquant les limites angulaires entre lesquelles sont comprises l'axe du jet de combustible.
La figure 6 est une vue en plan partielle, montrant la position de la chambre de combustion par rapport à l'alé- sage du cylindre.
La figure 7 est une vue d'une variante similaire à la figure 6.
La forme particulière du moteur, dont une partie est représentée sur la figure 1, a déjà été décrite dans le brevet ci-dessus désigné du même inventeur. On voit sur la figure 1 que ce moteur comprend une tête de cylindre A, refroidie par de l'eau, montée sur le bloc du cylindre B, dans lequel se trouve le piston C. Une poche, D, constituant la chambre de combustion est formée dans la tête du cylindre, près d'un côté de l'alésage du cylindre. Cette chambre est sensiblement en forme d'une sphère, dont la partie supérieure demi-sphérique comporte une paroi de la tête du cylindre refroidie par de l'eau, tandis que la partie inférieure est formée par une pièce d'obturation E, isolée thermiquement, fixée dans la tête du cylindre au moyen d'un anneau fileté F.
Un passage G est ménagé dans la pièce d'obturation isolée thermiquement con- duisant de l'alésage du cylindre dans la -chambre de combus- tion sphérique.
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L'axe de ce passage est situé dans un plan diamètr@ de cette chambre de combustion, mais il ne doit pas passer p@ le centre de cette dernière. De cette manière, pendant la co@ se de compression, la charge d'air est introduite dans la cha bre de combustion à travers ce passage et entre dans cette de nière plus ou moins tangentiellement de façon à prendre un mc vement tournant autour d'un diamètre de la chambre de combust Un injecteur de combustible H et un réchauffeur J sont montés dans la partie supérieure de la chambre de combustion.
D'autres détails de la construction sont décrits da le brevet ci-dessus désigné, et l'on pense qu'il n'est pas né cessaire de répéter cette description dans le présent mémoire Sur la figure 1, comme dans le brevet précédent; l'axe de l'i jecteur passe par le centre de la chambre de combustion. Dans le brevet précédent, cependant, l'injecteur est construit de façon à émettre un jet de combustible dont l'axe est sensible ment dans l'alignement de celui de l'injecteur. Dans le breve actuel, il n'en est pas de même et le jet de combustible K e, dirigé obliquement par rapport à l'axe de l'injecteur et passi d'un côté du centre de la chambre de combustion.
Dans la variante de mode de réalisation représentée sur la figure 2, l'axe du jet K est dans l'alignement de l'axe de l'injecteur H et ce dernier est monté dans la tête du cy- lindre de façon que son axe passe d'un côté du centre de la chambre de combustion.
Dans la variante du mode de réalisation représentée sur la figure 3, comme sur la figure 2, l'axe du jet est dans l'alignement de l'axe de l'injecteur, mais l'axe de l'injecteu est vertical.
Dans la variante du mode de réalisation représenté s la figure 4, l'axe de l'injecteur et celui du jet sont tous de horizontaux.
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Dans les dispositifs représentés sur les figures 1, 2 et 3, l'injecteur est placé sur la circonférence de façon que le jet soit dirigé vers un point chaud situé sur la pièce d'obturation chaude E. D'autre part, dans la figure 4, l'injecteur est placé de façon que le jet soit dirigé vers un point situé sur la partie supérieure de la paroi de la chambre de combustion. Dans ce cas, on préfère garnir cette paroi avec une garniture L qui, sur la majeure partie de sa superficie n'est pas en contact avec la paroi de la chambre refroidie par de l'eau, et qui par conséquent constitue une paroi chaude.
La figure'-5 est un diagramme représentant les limites angulaires entre lesquelles peut être compris l'axe du jet, conformément à l'invention. Le cercle extérieur D représente une section de la chambre de combustion par un plan de symétrie contenant l'axe dujet, et l'injecteur H est représenté au haut de la figure. Si l'air circule dans la direction de la flèche, l'axe du jet est incliné de façon à envoyer le combustible à peu près dans la même direction. La limite supérieure de cette inclinaison, conformément à l'in- vention, est indiquée par la flèche @. Ainsi, si R est le rayon du cercle D représentant la périphérie de la chambre de combustion, la flèche P est tangente à un cercle de rayon égal approximativement à 1/2 R.
De plus, de préférence, l'in- clinaison n'est pas moindre que celle qui est indiquée par la flèche N,qui est tangenteà un cercle dont le rayon est approximativement égal à 1/4 R. Les espaces angulaires cor- respondant à ces données sont tels que, dans la direction de la circulation de l'air, l'extrémité de la flèche P se trouve à une distance d'environ 1200 de l'orifice de l'in- jection, et que, de façon correspondante, l'extrémité de
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la flèche N se trouve à une distance d'environ 150 de cet orifice.
La figure 6 est une vue en plan schématique sur laquelle la chambre de combustion D est représentée par une série de cercles, sur la droite, tandis que l'alésage du cylindre est représenté par le cercle plus grand B. Le passage G apparait à l'intérieur de la chambre de combustion et le plan vertical contenant son axe est représenté par la ligne Q en traits discontinus. On remarque que la ligne Q passe par le centre du cercle B, c'est-à-dire que l'axe du passage rencontre l'axe de l'alésage du cylindre.
Bien que cette construction convienne en pratique, il n'est pas essentiel qu'il en soit ainsi dans tous les cas. Ainsi, le plan de symétrie de la chambre de combustion contenant l'axe du passage et l'axe du jet de combustible peut être décalé ou incliné par rapport à un plan radial de l'alésage du cylindre d'une quantité appréciable. La limite de cette inclinaison est atteinte lorsque le plan est sensi- blement tangent à l'alésage du cylindre. Ces positions limit sont indiquées en S et T par des traits discontinus.
En pra- tique, dans tous les cas, dans des moteurs polycylindriques, il ne sera probablement pas possible de décaler ou d'incline le passage jusqu'à cette limite, et une construction plus no male est représentée sur la figure 7, dans laquelle le décal ge est environ la moitié de celui qui est indiqué par ces limites, la distance entre l'axe du passage et l'axe du cyli dre étant environ un tiers du rayon de l'alésage du cylindre
Dans tous les cas, le passage doit, naturellement, s'ouvrir dans l'alésage du cylindre.
Dans tous les exemples particuliers représentés sur les dessins, la chambre de combustion est indiquée comme étant de forme sphérique, mais, dans certains cas, on estime
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probablement préférable d'employer une chambre de combustion en forme d'une surface de révolution autre que celle d'une sphère. Par exemple, la chambre de combustion peut être en forme d'une lentille bi-concave, ou d'une lentille bi-convexe.
Dans une variante, elle peut être sphéroidale, cylindrique ou en forme de tonneau. Elle peut aussi avoir l'aspect de deux troncs de cônes qui communiquent entre eux par leurs plus petites bases, lesqu elles se trouvent sensiblement au milieu de la longueur de la chambre prise transversalement par rapport à l'axe du jet de combustible. Les figures 1 à 5 sont, toute- fois, également applicables à de telles formes, en tant qu'elle: indiquent les caractéristiques de l'invention.
De plus, sur la figure 6, le passage a été repré- senté comme ayant une section droite sensiblement rectangulai- re avec coins arrondis. On doit remarquer que l'on peut uti- liser d'autres sections droites. En outre, on a décrit l'in- vention en se référant à un moteur dont le cylindre est à axe vertical, tandis qu' elle est, naturellement, applicable aux moteurs dont le cylindre est horizontal. Bien que pour plus de commodité, le plan de symétrie de la chambre de combus- tion contenant les axes du jet et du passage soit normalement parallèle à l'axe du cylindre, c'est-à-dire que ce soit un plan vertical dans le cas d'un cylindre vertical, l'invention n'est pas limitée à ce dispositif, mais elle peut comporter une construction avec ce plan incliné.