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"Perfectionnements aux moteurs 4 explosions". -
La présente invention a trait aux moteurs à explosions et vise à permettre d'augmenter le rapport admissible de compression volumétrique.
Dans les moteurs à explosions on sait que oe sont les phénomènes d'auto-allumage qui limitent le taux de oompression.
Au point de vue du rendement et de la,puissance volumétrique on
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a avantage adopter un taux de compression aussi élevé que possible, mais il faut se tenir en dessous de la limite à laquelle le mélange comprimé s'enflamme de lui-même, car le fonctionnement devient alors mauvais, quand on étudie dans ses détails le phénomène d'autoallumage, on s'aperçoit qu'il se produit en pratique à des taux de compression réels bien inférieurs aux taux théoriques.
Diverses hypothèses ont été émises pour expliquer ce phénomène.
Il semble toutefois que la plus exacte est celle qui fait intervenir la présence de points chauds sur les parois de la chambre dans laquelle est renfermé le mélange comprimé.
Il est assez facile de se rendre compte de l'influence des points chauds. Pendant la première phase de la compression, quand les gaz sont à une température moyenne inférieure à celle du point considéré de la paroi, ils échauffent les molécules gazeuses. Vers la fin de la compression il peut arriver que la température desdites molécules dépasse celle des parois;
l'échange de chaleur a alors lieu en sens inverse, mais la période correspondant à la fin de la compression étant excessivement courte, ce retour de la chaleur est peu' important et, en fait* la température finale des molécules de gaz intéressées se trouve plus élevée que s'il n'y avait pas eu de points chauds, même lorsque le point chaud considéré est à une température qui, à première vue, pourrait paraître insuffisante pour déterminer
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l'au.to-allumage,
La présente invention a pour but de remédier à cet incon- vénient en provoquant une circulation des gaz à l'intérieur du cylindre, de telle sorte que les gaz frais d'aspiration suivent exactement le même ohemin que les gaz brûlés et, d'autre part,
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trouve le plus possible en mouvement continu. Le passage des gaz frais refroidit les points des parois ayant tendanoe à s'échauffer et, d'autre part, le mouvement des gaz évite la stagnation de couches près des parois et réduit, dans toute la mesure du possible, l'échange de température entre les molécules gazeuses et les points chauds.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer:
Fig. 1 et 2 sont des courbes destinées à expliquer le phénomène, de l'auto-allumage par les points chauds;
Fig. 3 est une coupe d'un cylindre d'un moteur établi suivant l'invention.
Fig. 4 est une vue en plan shématique du même cylindre, la culasse coupée au ras de son joint avec le cylindre.
Fig. 5 et 6 sont des coupes schématiques suivant V-V et VI-VI (fig. 4).
Dans un moteur à explosions, si l'on considère (fig 1) la course ascendante 0 du piston pendant un demi-tour, en fonction du temps, pour une vitesse déterminée du moteur, on remarque que, par suite de l'obliquité des bielles, la courbe représentant la course en fonction du temps, au lieu d'être une sinusoïde s, comme montré en traits pointillés, est une courbe h beaucoup plus raide que la sinusoïde. En d'autres termes la vitesse du piston vers le haut de sa course est beaucoup plus rapide que si la bielle était infiniment longue.
Il en résulte que si l'on trace la courbe des températures d'une molécule gazeuse en fonction du temps pour la même vitesse du moteur (fig. 2) on obtient, en supposant que la compression soit parfaitement adiabatique, une courbe a à pente extrêmement raide, c'est-à-dire que la température d'une molécule située loin
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des parois et n'échangeant pour ainsi dire point de calories avec elles, croît brusquement et très rapidement vers la fin du demi-tour correspondant à la compression.
Bien entendu, la température théorique finale To correspondant à la compression adiabatique est établie de telle sorte qu'elle soit inférieure à la température To à partir de laquelle commence le danger d'auto- allumage,
Considérons maintenant une molécule gazeuse située au contact d'une paroi chaude dont la température Ti est pourtant nettement inférieure à Tc et même à la température To théorique.
Pendant toute la période de la compression allant du point B (instant correspondant à la position basse du piston) jusqu'au point P, la paroi va réchauffer la molécule gazeuse, La courbe a1 représentant la variation de température de la molécule va donc monter bien plus rapidement que la courbe a correspondant à. une molécule isolée des parois au sein de la masse. A partir de l'instant P, la molécule va se trouver plus chaude que la paroi, mais le point P étant très près du point F correspondant à l'instant où le piston arrive au sommet de sa course, la moléoule considérée ne pourra restituer à la paroi toute la chaleur que celle-ci lui à transmise et la température finale Tf de la moléoule en question pourra se trouver même supérieure à la température critique d'auto-allumage Tc.
Il y aura donc auto-allumage à l'intérieur du cylindre.
Ceci démontre l'intérêt qu'il y a à abaisser dans toute la mesure du possible la température Ti da point le plus chaud des parois de la chambre d'explosions, Dans la pratique les points chauds dangereux sont respectivement: le centre du piston, les électrodes de la ou des bougies, la tête de la soupape d'échap-
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dans les phénomènes d'auto-allumage.
Suivant l'invention, on évite dans toute la mesure.du possible la production des points chauds en faisant suivre aux gaz aspirés, donc relativement froids, le même trajet que celui des gaz brûlés, mais en sens inverse bien entendu. Ainsi, dans la disposition de la fig. 3 la soupape d'échappement 1 est du type renversé et elle est disposée substantiellement au dessus de la soupape d'aspiration 2, de telle sorte que les gaz provenant de la tubulure d'aspiration 3 se répartissent en nappe autour de la tête de la soupape 2 et viennent en grande partie léoher la tête de la soupape 1 et la refroidir, Comme indiqué, un léger décalage de la soupape 1, par rapport à la soupape 2. est avan- tageux pour permettre précisément à la nappe de gaz frais sur le pourtour de la soupape 2 de venir ainsi plus sûrement lécher la soupape 1.
La bougie 4 est disposée légèrement inolinée sur le trajet des gaz frais provenant de la soupape 2. Il en résulte qu'elle se trouve également refroidie à chaque aspiration par le passage des gaz frais.
En outre il est prévu du cote de la bougie opposé aux soupapes une sorte de déflecteur 5, solidaire de la culasse 6, Ce déflecteur a pour but de briser le courant des gaz brûlés au moment de l'échappement, et d'éviter dans toute la mesure du possible que ceux-ci ne viennent passer sur les électrodes de la bougie, l'expérience montrant que c'est là une source fréquente d'échauffement de celles-ci. Au contraire la nappe de gaz frais provenant de la soupape 2 frappe les électrodes sans être gênée par le déflecteur 5, La bougie 4 est dons, dans toute la mesure possible, offerte aux effets de refroidissement et protégée contre les effets d'éohauffement.
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Une seconde précaution contre la production de points chauds consiste à provoquer un mouvement tourbillonnant incessant dans la masse gazeuse. Dans ce but (fig. 4) la chambre ou chapelle des soupapes 1 et 2 est déoalée par rapport au plan moyen du cylindre, Dans cette fig. 4 on a représenté en traits pointillés les pro- jeotions de la soupape d'échappement 1 et de la bougie 5 afin de fixer les idées. Comme on le oomprend aisément en comparant les fig. 4 et 3, cette dernière est établie en supposant que le plan de coupe passant par l'axe de la ohapelle et par l'axe de la bougie passe aussi par l'axe du cylindre, ce qui simplifie le dessin et le rend plus clair.
La chambre ou chapelle des soupapes débouche donc en quelque sorte tangentiellement dans le cylindre de telle sorte que les gaz frais suivent le parcours tourbillonnant indiqué pat les flèches 7, tandis que les gaz brûlés suivent le parcours inverse indiqué par les flèches en traits mixtes 8, On obtient ainsi que dans toute la chambre d'explosion les molécules gazeuses séjournent le moins possible le long des parois et l'on diminue l'influence nuisible de la température de cellesci.
Pour augmenter encore la turbulence et oontribuer à assurer la circulation tangentielle des gaz, le raccordement entre le plafond 9 de la chapelle (fig. 3) et la partie la plus basse de la culasse qui forme le plafond 10 du cylindre, est fait suivant une ligne oblique représentée en A B (fig. 4). Les coupes schématiques des fig. 5 et 6 font bien comprendre la forme de ce racoordement.
La liaison entre la capacité du cylindre et celle de la chapelle se fait ainsi par une sorte de fenêtre en forme de croissant oblique on:la section maximum de passage se trouve au voisinage de la bougie 4.
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déflecteur 5 si la bougie 4 est suffisamment inolinée et suffisam. ment enfoncée dans son alésage,
Bien entendu les dispositions indiquées ne sont données qu'à titre d'exemples et pour fixer les idées. On pourrait imaginer bien d'autres modifications en partant des mêmes principes généraux.
Par exemple, le décalage des soupapes 1 et 2. qui d'ailleurs n'est pas absolument indispensable, peut se faire à l'inverse de ce qui est figuré ou dans le plan perpendiculaire à celui de la fig. 3.
Les rôles des soupapes 1 et 2 peuvent être inversés, Il n'est pas indispensable que les soupapes soient exactement opposées et l'on pourrait imaginer bien des dispositions équivalentes aveo des soupapes portées l'une par la culasse, l'autre par le bloo des cylindres et faisant entre elles un angle approprié.