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"CHAMBRE DE COMBUSTION POUR MOTEURS A COMBUSTION
INTERNE"
La présente invention concerne, d'une manière gé- nérale, les moteurs à combustion interne et vise, plus par- ticulièrement, les chambres de combustion de tels moteurs.
Avec la demande constante de moteurs plus légers et plus puissants, on apporte une attention considérable à l'étude de la chambre de combustion, puisqu'une augmenta- tion du degré de compression de chambres de combustion of- fre un des moyens d'augmenter la puissance d'un moteur sans augmenter beaucoup le poids de celui-ci.
Malheureusement, le fait d'élever simplement le degré de compression d'un moteur à combustion interne n'a pas nécessairement pour résultat une augmentation de la puissance du moteur, spécialement lorsqu'on emploie, pour faire marcher celui-ci, des combustibles qui ne sont pas
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de première qualité puisque la vitesse de combustion de tels combustibles dans une chambre de combustion augmente à mesure que le degré de compression augmente.
Une augmen- tation de la vitesse de parcours de la flamme effectue une augmentation dans la vitesse de l'élévation de pression par degré de course de la manivelle, avec ce résultat qu'u- ne pression maximum sera atteinte dans la chambre lorsque la manivelle est plus près de son point mort en haut et, en conséquence, toute augmentation de pression résultant d'une élévation du degré de compression, au lieu d'augmen- ter réellement la puissance du moteur, peut être entière- ment sacrifiée pour fournir le couple moteur additionnel nécessaire pour compenser la perte de bras de levier résul- tant d'une application de la pression maximum à la manivel- le, lorsque cette.dernière est en point relativement voisin de son point mort en haut.
On doit ainsi admettre qu'un con- trôle de la combustion est une restriction définie à la me- sure dans laquelle le degré de compression peut être élevé ou augmenté et que toute tentative faite en vue d'augmenter ce degré au delà de la limite établie par les facteurs pré- cédents a simplement pour résultat un gain pratiquement nul dans la puissance, et une rudesse excessive dans le fonc- tionnement du moteur.
L'invention envisage une chambre de disposition telle qu'elle permet de contrôler exactement la vitesse d'élévation de pression par degré de course de la manivel- le, indépendamment du degré de compression, et rend par ce- la même, possible d'employer des degrés considérablement plus élevés qu'on ne l'a jugé industriellement praticable jusqu'à présent, sans sacrifier le contrôle de combustion
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nécessaire afin que l'augmentation de pression résul de degrés de compression plus élevés se répercute su puissance du moteur, exempt de dureté ou rudesse de bustion, au lieu d'être dissipée pour surmonter l'an, de manivelle moins avantageux habituellement synonym@ degrés de compression plus élevés, Suivant l'invention,
la vitesse d'élévatior pression par degré de course de la manivelle est cont d'une manière définie par 1'application, dans la cham de combustion, de moyens propres à effectuer un retar@ ment de la vitesse avec laquelle brûle le combustible, façon que l'intervalle de temps s'écoulant entre l'all ge et la pression maximum se trouve prolongé au point permettre à la manivelle de venir occuper une position tageuse au delà du point mort supérieur avant qu'une p@ sion maximum lui soit appliquée.
Plus spécifiquement, l'invention envisage de viser la Chambre en deux parties ou, en d'autres terme, consiste à séparer la dernière partie de la charge à bri ler de la première partie de cette charge, et à établir une communication entre ces parties, par l'intermédiaire d'une ouverture ou orifice restreint au point de retarde une libre transmission de la pression établie par la cha@ ge qui brûle dans la première partie de la chambre à la @ conde partie de la chambre, contenant le dernier mélange combustible à brûler.
Le résultat est que la pression éta blie par la charge brûlant dans la première partie de la chambre est empêchée d'influencer d'une manière important, la vitesse d'élévation de pression du dernier mélange combustible à brûler, Cette construction, non seulement assur
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une réduction de la vitesse d'élévation de pression par degré de course de la manivelle, mais réduit également au minimum la tendance de la chambre à détoner,puisqu'il est bien établi qu'une détonation est amorcée dans une chambre de combustion tout à fait à la fin du parcours ou propaga- tion de flamme, en raison de la compression de quelque par- tie relativement petite de la charge non brûlée par la flam- me qui approche.
En plus de ce qui précède, l'invention envisage une chambre de combustion, du type précédemment exposé, établie de manière à assurer un remplissage complet des cylindres du moteur avec du mélange combustible, et à amé- liorer autrement le fonctionnement de ce moteur.
L'invention réside dans la construction particu- lière de la chambre de combustion qu'on comprendra mieux d'après la description qui va en être faite en connexité avec le dessin ci-joint, sur lequel :
Fig. 1 représente la surface interne de la cham- bre de combustion d'une culasse de cylindre;
Fig. 2 est une coupe transversale suivant 2-2, Fig. 1;
Fig. 3 est une coupe suivant 3-3, Fig. 1;
Fig. 4 est un diagramme qui sera expliqué plus complètement ci-après.
Malgré qu'il apparaîtra, au cours de la descrip- tion qui va suivre, que la chambre de combustion réalisant l'invention puisse être avantageusement employée en associa- tion avec divers types de culasses de cylindre, on l'a néàn- moins représentée ici, à titre d'exemple illustratif, comme employée en connexité avec une culasse de cylindre, à re-
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froidissement par eau, du type "L".
Avant d'entrer dans une description détaillée de la chambre de combustion, o se reportera à la Fig. 4 où l'on s'est efforcé de repré- senter diagrammatiquement l'effet qu'une augmentation de la vitesse de parcours ou de propagation de la flamme, er élevant le degré de compression, a sur le moment où la pression maximum est atteinte, par rapport au degré de - course de la manivelle.
Sur cette Fig. 4, on a représenté deux courbes d'élévation de pression de deux chambres de combustion par rapport au chemin A, parcouru dans sa course par une mani- velle de moteur. La courbe B représente l'élévation de pression d'une disposition de chambre de combustion consi- dérée comme industriellement satisfaisante par les cons- tructeurs et la courbe C représente l'élévation de pres- sion d'une chambre établie conformément à la présente in- vention. Les points D, E, F et G, sur ces courbes, repré- sentent respectivement le point en lequel s'effectue l'al- lumage, la pression au point mort en haut de la manivelle, le point, au delà du point mort, où, la pression maximum est atteinte dans une chambre ayant la courbe B et le point, au delà du point mort, où la pression maximum est atteinte dans une chambre ayant la courbe C.
La projection de ces points sur le chemin A, parcouru dans sa course par la ma- nivelle, révêle le fait que le point G, c'est-à-dire le point en lequel la pression maximum est atteinte sur la courbe C, est situé à un angle plus grand, au delà du point mort, que le point correspondant F sur la courbe B, d'où il résulte qutun effort beaucoup plus grand au point F qu'au point G devra être exercé pour transmettre le même couple
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moteur à la manivelle. En conséquence, même si les deux chambres considérées ont sensiblement le même degré de compression, celle ayant la courbe C, c'est-à-dire celle réalisant l'invention, transmettra un couple moteur, ou moment de rotation, appréciablement plus grand à la mani- velle, en raison du bras de levier plus avantageux avec lequel la pression maximum est appliquée.
En fait, il est tout à fait possible d'avoir une condition dans laquelle une chambre de combustion établie conformément à l'invention, peut avoir un degré de compres- sion plus faible que celui de la chambre conventionnelle représentée par la courbe B et produire réellement plus de travail utile que la chambre de degré de compression plus élevé, puisque la vitesse de parcours ou propagation de flamme dans la première, est inférieure à la vitesse de propagation de flamme dans la seconde, et que, en consé- quence, la pression maximum dans la chambre à degré de compression relativement faible, est obtenue lorsque la ma- nivelle est à une plus grande distance au delà du point mort en haut, qu'elle ne l'est au moment de la pression maximum correspondante dans la chambre à compression plus forte.
En considération de ce qui précède, il apparaît qu'il est désirable de contrôler la combustion de telle ma- nière qu'une pression maximum soit appliquée à la manivel- le à un angle plus grand au delà du point mort, en haut de celle-ci, puisque cela offre la possibilité d'augmenter le couple moteur d'une quantité proportionnée à l'élévation du degré de compression.
Dans le présent cas, on obtient ce résultat avec
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une chambre de combustion construite de manière à séparer virtuellement la seconde, ou dernière, partie de la charge à brûler de la première partie de cette charge, de manière à effectuer l'allumage de cette seconde partie de la charg à la fin de la combustion de la première partie de cette charge, et à empêcher la charge qui brûle d'augmenter rapi dement la pression de la charge non brûlée. Cette disposi- tion, non seulement permet d'obtenir le contrôle de combus tion désiré mais, de plus, réduit au minimum la tendance de la chambre à détoner, puisque la dernière partie du mé- lange combustible à brûler n'est pas influencée, par la charge qui brûle, au point de se trouver amenée à une pres sion anormale.
Cette caractéristique permet, par elle-même d'obtenir des degrés de compression plus élevés que cela n'a été jugé industriellement possible jusqu'à présent, et lorsqu'elle est combinée avec la disposition pour le con- trôle de la combustion, assure l'augmentation proportion- nelle du couple moteur.
La chambre de combustion 10 comprend deux par- ties distinctes 11 et 12. La partie 11 établit une commu- nication entre la galerie des soupapes du moteur à combus- tion interne et le cylindre adjacent de ce dernier, tandis que la partie 12 est de capacité volumétrique relativement moindre et communique également avec le cylindre du moteur.
Le rapport du volume de la partie 11 à celui de la partie 12 variera selon le degré de compression et le retardement qu'on désire effectuer pour atteindre la pression maximum.
En conséquence, il doit être entendu que, dans la réalisa- tion spécifique de l'invention, les volumes relatifs des deux parties en question de la chambre sont spécialement
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calculés pour une application seulement, et peuvent être modifiés selon les résultats désirés.
Les deux parties 11 et 12 de la chambre 10 sont séparées par une cloison 13 s'étendant transversalement à cette chambre par-dessus le cylindre du moteur et établis- sant une communication entre les deux parties de la cham- bre au moyen d'un orifice restreint 14. Naturellement, les deux susdites parties de la chambre de combustion communi- queront également l'une avec l'autre, autour de l'extrémi- té inférieure de la cloison 13; mais, comme cette dernière extrémité de la cloison affleure le dessous de la culasse, il s'ensuit nécessairement qu'il n'existera qu'une ouver- ture très restreinte lorsque le piston 15, travaillant dans le cylindre, est à son point mort en haut, comme c'est re- présenté sur la Fig. 2.
Toutefois, dans certains cas, la section de cette ouverture peut se montrer préjudiciable et, dans de tels cas, des moyens peuvent être prévus pour fermer l'espace entre l'extrémité inférieure de la cloison et le piston, lorsque celui-ci est à son point mort en haut.
Bien que l'on puisse employer à cet effet divers types de joints ou obturateurs, on a néanmoins représenté ici cet obturateur comme constitué par une bande, 16, de métal re- lativement tendre, comme le cuivre, incrustée dans l'extré- mité inférieure de la cloison, de manière à faire saillie suffisamment, au-dessous de cette dernière, pour que le pis- ton, dans sa position supérieure, vienne en prise avec elle.
La bande 16 s'étend sur sensiblement toute la largeur de la chambre de combustion et, si on le désire, le piston peut être rainé, comme en 17, pour recevoir le bord saillant de la bande, de la manière représentée sur la Fig. 2.
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Naturellement, dans des cas où le mélange combt tible qui se trouve dans la chambre de combustion est al- lumé avant que le piston arrive à son point mort en haut, un certain degré de pression sera transmis au dernier mé- lange de combustible à brûler dans la partie 12 de la chambre par la charge qui brûle dans la partie 11; mais cette pression ne devient pas critique avant la combus- tion complète du mélange combustible dans cette dernière partie de la chambre et, étant donné qu'à ce moment le joint désiré est effectué entre la cloison et le piston, l'orifice resserré ou restreint, 14, offre la seule commu- nication entre les deux parties de la chambre.
Comme l'orj fice 14 constitue la seule communication entre les deux parties de la chambre, sa section ou diamètre, est très critique et doit être déterminé de manière à permettre le transfert de la flamme, de la partie 11 à la partie 12, et à empêcher un libre transfert de gaz sous pression à travers lui. En d'autres termes, la section relativement petite de l'orifice 14, concurremment avec la grande vi- tesse de propagation de flamme, restreint d'une manière importante le transfert de gaz sous pression de la premiè- re partie du mélange combustible, à brûler dans la section 11 de la chambre, à la dernière partie du mélange combusti- ble, à brûler dans la section 12 de cette chambre.
Le mélange combustible qui se trouve dans la par- tie 11 de la chambre, est allumé à la course de compres- sion du piston 15, de la manière usuelle, au moyen d'une bougie d'allumage convenable 18, et la charge qui se trou- ve dans cette partie de la chambre est brûlée d'une maniè- re sensiblement complète, avant que la flamme allume le
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mélange combustible se trouvant dans la partie 12, à tra- vers l'orifice restreint 14.
A mesure que le mélange com- bustible qui se trouve dans la partie 11 brûle, la pres- sion, dans cette partie de la chambre, devient plus gran- de ; mais, en raison de la petitesse de l'orifice 14 et du court intervalle de temps pendant lequel se fait la combus- tion, la vitesse à laquelle la charge qui se trouve dans la partie 12 de la chambre est comprimée par le front de flamme est retardée dans une mesure importante, avec ce résultat qu'une pression maximum n'est pas atteinte avant que le piston ait commencé sa course de travail ou, en d'autres termes, avant que la manivelle ait parcouru une distance notable au delà de sa position de point mort en haut. Ce retardement dans la vitesse de l'élévation de pression, effectué par la cloison, est clairement repré- senté par le jarret que présente la courbe C au point H.
Etant donné que la section de l'orifice 14 règle, dans une large mesure, l'influence de la charge qui brûle dans la partie 11 de la chambre de combustion sur l'élévation de la pression dans la partie 12, il est évident qu'en fai- sant varier cette section on a la possibilité de faire va- rier la vitesse d'élévation de pression par degré de cour- se de la manivelle.
On remarquera que la construction sus-décrite permet d'obtenir de plus hauts degrés de compression et, en même temps, permet de contrôler la vitesse d'élévation de la pression par degré de course de la manivelle, de sorte que, sensiblement toute la force offerte par des pressions de compression plus fortes, sera réellement em- ployée pour augmenter la puissance du moteur. En plus de
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ce qui précède, il est à noter que la forme particulière de la partie 11 de la chambre de combustion représentée sur la Fig. 1 est telle, qu'elle assure un passage inin- terrompu du mélange combustible de la soupape d'aspiration 19 au cylindre du moteur, avec ce résultat que les carac- téristiques de remplissage de ce dernier sont grandement augmentées.