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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A HUILE LOURDE A GRANDE VITESSE
La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux moteurs à combustion utilisant les combus- tibles liquides à point d'ébullition élevé, en vue d'obtenir des vitesses de fonctionnement analogues celles des 'moteurs à explosion.
On oonnait les difficultés d'obtenir des vitesses élevées dans les moteurs à huile lourde, appelés aussi Diesels, qui sont loin d'atteindre belles des moteurs à essence.'
Les moteurs à huile lourde, fonctionnant en injec- tant le combustible sous très forte pression en fin de
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compression, ne disposent que d'un temps extrêmement court et insuffisant (1/600 de seconde à 2400 t, m. pour 24 d'avance à l'injection), pour effectuer les quatre opérations fondamentales! 1 / injection et répartition du combustible dans l'air; 2 / vaporisation et formation du mélange pour la combustion;
3 / mise à feu et 4 / combus- tien, qui, quoi qu'on fasse,'se prolonge d'une façon fâcheuse pendant la détente.
Un autre défaut de ces moteurs, qui, primitivement, devaient fonctionner suivant le cycle à pression constante, est de le faire au moment de l'avance à l'injection (né- cessaire à l'accroissement de leur vitesse), suivant le cycle à volume constant. Il en résulte, du fait de la compression plus élevée dans ces moteurs, une surpression instantanée qui oblige à surdimensionner les organes du moteur, qui se trouve ainsi alourdi inutilement car cette pointe de surpression fournit peu de travail, vu le temps extrêmement court où elle se manifeste sur les diagrammes.
D'autres défauts, inhérents à ce type de moteur, ré- sultent de l'emploi de pompes d'alimentation réalisant obligatoirement pour disperser le liquide dans l'air forte- ' ment comprimé, des pressions énormes de 500-600 atmosphères, pompes délicates de réalisation et d'entretien au double point de vue étanchéité et réglage; il en est de même pour les injecteurs qui, de plus, sont sujets au mal, bien connu, des mouvements vibratoires désordonnés.
Le procédé conforme à la présente invention évite les inconvénients ci-dessus en injectant le combustible à l'état pur dans une partie de'la chambre de combustion momentanément isolée à cet effet. Le combustible s'y vaporise complètement sous l'action du vide provoqué par la détente antérieure agissant sur la partie de la chambre considérée jusqu'au moment de l'injection, A la fin de la
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course de compression suivant l'injection et pendant laquelle se fait cette vaporisation; on remet en commu- nication cette partie de la chambré de combustion avec le reste de la chambre.
A ce moment l'air qui a pénétré dans le cylindre y a été comprimé'suffisamment un peu plus que dans les Diesels courants pour tenir compte de l'augmentation de volume produite par la mise en oommu- nication, des deux portions de chambre de combustion, pour dépasser la température d'inflammation du oombus- tible. Qette température est sensiblement constante grâce à la vaporisation préalable dans une enceinte à peu près dépourvue d'oxygène alors que la température d'allumage spontané d'un mélange contenant des propor- tions notables'd'oxygène est éminemment variable.
L'allu- magé est ainsi obtenu dans le cas de l'invention dans une enceinte en communication large et directe avec le cylindre puisqu'elle fait partie intégrante de la chambre de combustion sans en être séparée par une soupape ou un étranglement quelconque.
Cet allumage rapide, précis et uniforme à température constante assure une combustion bien régulière et progressivé. On remarqueraque la vapeur de combustible n'est jamais saturante puisqu'elle n'occupe qu'@/30 environ du volume de l'air de la charge, que le rapport de compression est d'environ 1/15 et que la compression laisse ainsi un volume double de celui qu'occuperait la vapeur d'huile lourde nécessaire*'
Le moteur prévu pour l'application du procédé comporte une chambre de combustion dont une partie est destinée à 'être isolée pendant la durée approximative de la course de compression pour l'injection du combustible,,
avec une légère avance sur la dite course de compression, 1'isole- ment se faisant de préférence sous l'action d'un fourreau coulissant entre le cylindre et le piston 'sous l'action
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de l'arbre à cames. Ce fourreau, équilibré totalement ou partiellement aux pressions des gaz, présente deux sièges coopérant respectivement et à tour de rôle avec le cylindre proprement dit et avec la culasse, l'admis.. sion d'air dans le cylindre se faisant par des ouvertu- res ménagées à cet effet à la base du fourreau lorsque le piston les a découvertes. Les dispositions prévues suppriment toute pointe de surpression habituelle aux moteurs à huile lourde antérieure.
En effet dans le cas de l'invention, il y a au moment de la mise de feu, augmentation de la chambre de compression ramémée à son volume complet en même temps qu'augmentation de pression.
La combustion tend ainsi à se faire à pression constant. et n'exige plus comme antérieurement de renforcement ni d'alourdissement des organes du moteur.
Dans les dessins annexés à titre d'exemple seulement:
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un moteur établi conformément à l'invention;
La figure 2 est une vue transversale partielle d'un cylindre moteur, celui-ci étant en fin de.la phase admission d'air, le fourreau étant équilibré en totalité ou en partie aux pressions des gaz, la figure montrant la tête de piston avec ses rainures en hélice;
La figure 3 est une vue partielle du fourreau à siège rapporté par vissage, partiellement équilibré, les faibles pressions résultantes assurant la portance des sièges;
La figure 4 est une oupe de la figure 2, perpendi- oulaire à l'axe du cylindre, montrant la chambre de vaporisation et son injecteur en fonctionnement, ainsi que la chambre de travail et le siège inférieur en deux pièces du cylindre;
La figure 6 représente une variante de la tête du fourreau;
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Les figures 6 et 7 sont des vues schématiques indi- quant les différentes positions de la tête de bielle pour le premier et le second tour d'un moteur fonction. nant suivant- le cycle à 4 'temps.-
Ainsi'qu'il a été indiqué ci-dessus, on peut voir sur les' dessins annexés,'que lachambre de combustion est constituée d'une chambre de compression 1 et d'une chambre de vaporisation dite chambre auxiliaire 2, qui peuvent communiquer quand cela devient nécessaire, par le moyen du fourreau 3qui se déplace suivant l'axe du cylindré et entoure le piston;
ce fourreau comporte les deux'sièges 4'et 5 reposant,' tantôt pour-4 sur le cylindre 6:, tantôt pour 5 sur là culasse 7 ( ce dernier siège étant de préférence plat, ce qui ne nécessite pas un centrage rigoureux de la culasse sur'son cylindre).?
On étàblit ou on supprime, de cette maniéré; la commu- nication entre les chambres de compression et de vapori- . sa tien.
La manivelle du moteur ayant franchi son point mort supérieur M (fig.6), le piston 8, dans sa descente, fait le vide dans le cylindre,, donc dans les chambres 1 et ,2 qui ont été mises en communication par le fourreau 3, manoeuvré par la came de commande'9 actionnée par l'arbre
10 tournant à 1/2 vitesse du moteur;
cette came avait agi sur le poussoir réglable 11, vissé sur le collier en deux pièces 12, solidaire du fourreau distributeur.' Quand la manivelle arrive à la position O-a de la figure 6,'la came
9, ayant cessé d'agir sur le poussoir 11, opère la re- montée du fourreau par l'attaque d'un plateau 13, fixé à un dispositif élastique 14 (dont on peut régler la tension par l'éorou 14')et solidaire du fourreau par la potence
12' du collier 12; le fourreau vient alors reposer par son siège supérieur 5 sur celui 15 de ia culasse, interrompant
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ainsi la commun! cation entre les chambres 1 et 2.
La levée de came est supérieure à la course du fourreau pour effectuer une tension de ressort suffisante de façon à assurer une bonne portanoe des sièges 5 et 15 (si nécessaire, deux chênes peuvent être juxtaposées),
La manivelle vient ensuite occuper la position O-b; à cet instant, une pompe 16 envoie, sous une très faible pression, par l'injecteur 17, la quantité de liquide combustible nécessaire dans la chambre auxiliaire'2, où il se vaporise complètement sous l'action pneumatique du vide (accélérée par la chaleur de l'air qui sera compri- ,mé ultérieurement de l'autre coté de la paroi du four... reau, (chaleur transmise par celle-ci).
La manivelle, continuant son mouvement, arrive à la position O-c où le piston S, dans sa descente, découvre les lumières 18 d'alimentation d'air. Par suite de la forte dépression réalisée dans le cylindre, l'air y pé.. nètre rapidement jusqu'à ce que la manivelle vienne à la position 0-d, où le piston ferme les lumières à sa remontée. On peut améliorer le coefficient de remplis- sage, donc la puissance, en envoyant l'air d'alimenta- certaine tion sous une/pression, suivant les applications du mo- teur, par un ventilateur 19 par exemple, un compresseur à commande mécanique ou utilisant l'énergie cinétique des gaz d'échappement ou encore une pompe quelconque qui peut être constituée par l'autre face du piston moteur dirigée vers le earter.
Le piston continuant sa montée, comprime l'air à la pression nécessaire pour porter sa température à un degré largement suffisant (8000 C. environ) pour que, lorsque la communication des chambres 1 et 2'se trouvera rétablie, la manivelle arrivant à la position O-e, l'al- lumage se produise, malgré l'acoroissement dé volume de
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la ohaàbre de combustion et la chute consécutive de température, grâce à' ce que la réaction d'allumage est commencée, génératrice de l'accroissement de la tempé- rature et de la pression.;
La communication se trouve réalisée par la rotation. de la came 9,: qui vient attaquer le poussoir 11 et ramener le fourreau, par l'intermédiaire du collier 12, à sa position basse, son siège inférieur 4,. venant sous la pression des' gaz reposer sur le siège du cylindre 20;
ce dernier est rapporté, soit en deux pièces jointives (fig.4), soit d'une seule pièce qui, dans ce cas,, nécessite pour 1,'introduction du fourreau que ce derniér ait son double siège rapporté (fig.3) par vissage par exemple, avec interposition d'un joint d'étanchéité 21 dont les languettes 22 et 2$ sont rabàttues dans des rainures correspondantes (servant aussi au vissage) portées par'le fourreau et son double siège, ce qui constitue un frein de sécurité..
Le fourreau 3 est appliqué sur l'un ou l'autre des sièges par les pressions des gaz (fig.2) ou bien est'par- tiellement équilibré (fig.3). Dans ce dernier' cas l'alé.. sage d du cylindre défini par la'diamètre Intérieur du fourreau est légèrement supérieur au diamètre intérieur (d- #) du siège 6 et légèrement inférieur au diamètre intérieur (d + ±) du siège 4.
Durant'le passage extrêmement court où le fourreau change de sièges, 1'étanchéité dé la ohambre de travail est assurée par la garniture d'étanchéité 24 (segments);' la descente du fourreau est alors freinée par la tension du ressort 14, laquelle va décroître au fur et à mesure' de la rotation de la came 9, proportionnellement à la pression de détente. La pression des gaz sur le haut du fourreau (réduite à la valeur nécessaire sur la figure 3),
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assurera une bonne portance des sièges, avec le minimum de ohoo et de bruit.
On peut faire varier l'instant de mise an communi- oation'des chambres, c'est-à-dire régler le point d'allu- mage,'on déplaçant en rotation l'arbre à cames 10 par un procède'connu, par exemple en'le décalant convenablement, par glissement du manchon d'accouplement, muni de rainures hélicoïdes appropriées, de l'arbre et de son'engrenage.
Lors de la-mise en communication des chambres 1 et 2, l'air fortement comprimé qui a été mis en turbulence rotative, du fait que le piston 8 comporte une tête de forme spéciale 25, portant les rainures hélicoïdales 25' qui vient s'emboîter, un peu avant d'atteindre son point mort haut, dans la partie tétreinte 26 du fourreau muni du bourrelet interne 26', L'air pénètre à grande vitesse' tourbillonnaire dans la chambre'de vaporisation 2 de forme annulaire compacte, ou il se mélange intimement aux vapeurs combustibles qu'il enflamme'ainsi très rapi- dément, La combustion se produit alors pression sensiblement constante, dans les conditions exposées précédemment, d'une façon régulière et progressive,
puis après le passage de la manivelle à son point mert haut M, la détente se prosuit en poussant le'piston dans sa course motrice,, jusqu'à là position O-f où commence 1 ',éohappemen t par l'ouverture de la soupape 27, disposée sur la culasse dans l'axe du cylindre, pour que la dilatation de la partie supérieure du'fourreau distributeur soit'uniforme, condi- tion de son fonctionnement correct.
Dans la position 0-g commence le balayage des gaz résiduels, par exemple par l'air sous pression pénétrant par les ouvertures 18 suffisamment longues pour que l'air puisse entrer dans le cylindre, le fourreau étant à sa position basse où d'ouverture et la jupe du piston
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empêchant l'air de passer dans le carter. On peut pré- voir également (par exemple),, soit une soupape de rete- nue, soit une hauteur de lumières 18 moindre que la bourse du fourreau,, qui peut recevoir un mouvement au- xiliairé de rotation partielle ou continue qui opère... rait alors un rodage des sièges du fourreau.
Le bala- yage avec ou sans air sous pression cesse à la position O-h de la manivelle,; et l'échappement se poursuite comme il est d'usage, jusqu à la position O-i peu après le franchissement du point mort supérieure
L'invention n'est pas limitée au mode d'exécution qui vient d'être décrit et se trouvé représenté aux dessins annexés;, Des modifications peuvent être appor- tées, par adjonction ou suppression; par' exemple,*! à la forme de la chambre auxiliaire de vaporisation et à la façon dont on y produit le vide, à la manière d'assurer l'alimentation en air et en combustible, à la constitu- tion du fourreau et de ses sièges ainsi que des organes de commande et de réglage; et à leur nombre et à leur répartition,:
au nombre et aux .emplacements des organes d'évacuation des gaz et d'alimentation en air eu de . ; retenue d'air en temps utile, sans,! pourcela, sortir du cadre de l'invention qui s'applique à tous genres de moteurs destinés aux applications les plus variées, employant un cycle quelconque et utilisant toutes sortes de liquides combustibles. En particulier,*, il s'applique aussi bien aux cycles à 2 temps qu'aux cycles à 4 temps.