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Machine à combustion interne, à compression du mélange.
Dans les machines à combustion interne, à compression du mélange et à allumage électrique, ce dernier est provoqué par.une courte étincelle sautant d'une électrode à l'autre. Cette étincelle provoque en premier lieu l'inflamma- tion d'une petite partie de la charge, ensuite de quoi le front de la flamme qui se forme, s'étend dans toute la chambre de combustion. La vitesse de cette propagation dépend, entre autres, de la composition du mélange et de la température.
Pour que la flamme puisse s'étendre à temps dans toute la
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chambre de combustion, l'étincelle électrique doit se produire, suivant la vitesse de déplacement du piston, sensiblement avant la fin de la course de compression.
La propagation, du front dela flamme a donc lieu. en grande partie déjà pendant la. compression; de sorte que vers la fin de cette dernière, la partie non encore enflammée de la charge est influencée par l'action (le déplacement du piston et par l'expansion de la, partie déjà enflammée du mélange.
Dans des machines à combus- tion interne, à haute co@pression, il se crée par cela des conditions dans la partie non encoreenflammée de la. char-se, qui provoquent une combustion subite; de sorte que la fin de la combustion s'effectue avec un fort cognement et avec des pertes de chaleur. A cause de cette tendance au cog@e@ent, le taux de compression ne peut pas être poussé au--delà d'une certaine limite.
Il existe des machines à combustion inter- ne, dans lesquelles on forme entre la face avant du piston et la culasse du cylindre, au point mort inté- rieur, un espace libre duquel une partie de la charge est refoulée dans la chambre de combustion par l'action de déplacement du piston, en vue de diminuer autant que possible la partie restante non refoulée du m@lange qui ne s'enflamme que tard, et de diminuer ainsi l'effet de cognement.
On sait que des machines de ce genre ont une marche dure. C'est pourquoi on monte dans ces machines des amortisseurs et
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on choisit la vitesse de transfert de l'espace libre dans la chambre de combustion aussi petite que possible, en ne faisant participer qu'une partie de la face avant du piston, à la formation de cet espace, la longueur de l'ouverture de sortie de celui-ci étant établie aussi grande que possible .
L'invention est basée sur le principe qu'une augmentation du taux de compression est possible lors que la combustion est amorcée à la sortie de l'espace libre et se répand de là en-rayonnant de manière recti- ligne dans toute la chambre de combustion, avec une vi- tesse notablement plus grande, que la vitesse de propa- gation du front de la flamme, donnée par l'état du mé- lange.
A cet effet, on forme entre la face avant du piston et la culasse du cylindre, au point mort inté- rieur, un espace libre étroit qui est en communication ouverte avec la chambre de combustion, au moins un organe d'allumage étant prévu à la sortie de l'espace libre, de sorte que la partie du mélange refoulée de celui-ci s'écoule sous forme d'un jet par dessus l'organe d'allumage, prolonge l'étincelle d'allumage, augmentant ainsi sa, surface d ' allumage, s' allume de manière conti- nue à celle-ci et pénètre comme jet rectiligne en com- bustion sous forme d'un dard profondément dans la chambre de combustion. Toute formation de tourbillons en turbulence doit être évitée, car par cela on diminue la force de pé- nétration du dard.
Comme la rapidité de la combustion dé- pend dans une large mesure de la force de pénétration du
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dard et de sa profondeur de pénétration, une grande vitesse du mélange sortant de l'espace libre dans la chambre de com- bustion est nécessaire.. C'est pour cela qu'une partie aussi grande que possible de la face avant du piston est consti- tuée comme surface active de refoulement, la partie refou- lée du mélange s'écoulant par une fente, dont la.
longueur est plus petite que le diamètre du piston et dont la hau- teur au point mort intérieur est ramenée à la hauteur de l'espace libre formé entre la face avant du piston- et le fond du cylindre.
On connaît déjà des machines à. combustion interne, dans lesquelles le jet de mélange sortant de l'espace libre formé entre la face avant du piston et le fond du cylindre, s'écoule en direction du. dispositif d'al- lumage.
Dans ces machines, il existe toutefois toujours un certain, espace entre le dispositif d'allumage et la sortie de l'espace libre, de sorte Que la vitesse du mé- lange au-dessus du dispositif d'allumage n'est pas plus grande que la vitesse du front de la flamme. ;
?' autre part une partie relativement grande de la charge du. cylindre (ou du contenu, de la chambre de combustion) reste entre la sortie de l'espace libre et le dispositif d'allumage, partie qui n'est las chassée par dessus le dispositif d'allumage et qui ne peut par conséquent pas s'allumer avant d'Être éloignée du front de la flamme par aspiration lors du renversement du mouvement du piston, au début de sa course de travail.
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Dans toutes les constructions connues de machines à combustion interne, qu'elles comportent des soupapes disposées latéralement par rapport au cylindre ou au-dessus du piston, ce dernier aspire toujours une partie importante du. contenu de la chambre de combustion au début de sa course de travail, cette partie ne se con- sumant que très tard au cours de la course de travail.
Pour que cette partie ne se consume pas trop tard, la vi- tesse de combustion du mélange doit être grande, de sorte que les mélanges pauvres, qui permettent un fonctionnement économique, puissent aussi être utilisés.
Suivant la présente invention, la machine peut comporter des soupapes commandées latéralement et la chambre de combustion peut être disposée au-dessus de - celles-ci, le piston recouvrant au point mort intérieur la hauteur de la section d'écoulement entre l'alésage du cylindre et la chambre de combustion jusqu'à la hauteur de l'espace libre entre la face du piston et le fond du cylindre.
On peut prévoir dans le fond du cylindre un évidement, dans lequel le piston pénètre pour la for- mation de l'espace libre, avant son point mort intérieur, cet évidement étant en communication avec la chambre de combustion par une ouverture constituant la section d'écoulement, l'organe d'allumage étant disposé à cette ouverture, par laquelle sort la partie du. mélange refoulée de l'espace libre.
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On peut donner à la face du. piston une forme en gradins, le gradin inférieur constituant la chambre de compression, tandis que le reste de la face du piston forme l'espace libre avec le fond du cylindre.
Le fonddu. cylindre peut comporter une creusure débouchant dons l'espace libre situé entre la partie non-creusée et la face du piston.
L'espace libre peut être de forme annulaire et les organes d'allumage être prévus sur son bord intérieur.
Le dessin annexé montre, à titre d'exemples et schématiquement quatre formes d' exécu- tion de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre une machine dans la- quelle la chambre de combustion se trouve dans la face du piston et la fig. 2 une machine dans laquelle la chambre de combustion est prévue dans le fond du cylindre.
Dans l'exemple de la fige 3, la chambre de combustion est disposée latéralement, par rapport à l'alésage du cylindre; la fig. 4 montrant une coupe horizontale au- dessus de l'espace libre. Suivant la fig. 5 la chambre de combustion est obtenue par une forme en gradin de la face du piston.
Les mêmes signes de référence indiquent dans toutes les fig. des parties correspond-antes avec fonctions identiques.
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En référence au dessin, 1 indiqua le cy- lindre dans lequel se déplace le piston 2 dont la face supérieure intérieure 3 forme avec la face 5 du fond du cylindre tournée contre la chambre de combustion 4 le faible espace libre 11 au point mort intérieur du piston, cet espace étant en communication ouverte avec la chambre de combustion 4. Au débouché de l'espace 11 dans la chambre de combustion l'organe d'allumage électri- que, une bougie d'allumage, est disposé dans le fond du cylindre..Suivant la construction, on peut prévoir plu- sieurs organes d'allumage.
Dans l'exemple de la fig. 2 le piston et le fond du cylindre forment, au point mort intérieur du. piston, un espace libre annulaire 11, plusieurs organes d'allumage étant prévus, qui sont disposés sur le bord intérieur de l'espace libre.
Selon les fig. 3 et 4, toute la face avant du piston est utilisée pour former le faible espace libre 11, la chambre de combustion étant située au- dessus de soupapes disposées latéralement par rapport au cylindre du moteur commandé latéralement. Entre la chambre de combustion 4. et l'alésage du cylindre est prévue l'ouverture 12 formant la section d'écoulement entre la chambre de combustion et l'alésage du cylindre.
Cette ouverture permet le passage des gaz lors de l'aspiration et elle est recouverte jusqu'à la hauteur de l'espace libre entre la face du piston et le fond du cylindre à, la fin de la course de compression.
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Avant d'attel dre le point @ort inté- rieur, le piston pénètre dans l'évide; ,8:(1 t 10 du fond du. cylindre de sorte @@e lorsqu'il a glissé pardessus l'arête de commande 9 avec son. arête intérieure;
il ne subsiste que la longueur 8 de l'espace libre. Dans l'exemple décrit la diminution de la longueur de l'espace libre a lieu subitement lors de la pénétration de l'arête intérieure du piston.
On pourrait faire qu'elle se produise graduellement en donnant une forme appropriée à l'arête 9. Le fond du cylindre est désigné par l' dans les fig. 3, 4 et 5.
Dans la forme d'exécution suivant la fig. 5, le piston 2 est formé en gradins, la partie en retrait 4 formant la chambre de combustion, l'autre partie de la face avant du piston, avec le fond 1' du cylindre.
Dans ce cas également, il se forme entre le fond du cylindre et la face avant du piston l'espace 11 au point mort intérieur du piston.
Le fonctionnement est le même pour les formes d'exécution suivant les fig. 1, 2 et 5 du dessin.
Vers la fin de la course de compression la partie 3 de la faceavant du piston s'approche du. fond 1' du cylindre. Suivant les fig. 1 et 2 cette partie est de forme circulaire et suivit la fig. 5 en forme de segment ou sectour de cercle. Au cours de cette course
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de compression, la partie du mélange qui se trouve dans l'espace 11 est pressée dans la chambre de combustion 4. à travers la section d'écoulement qui se rétrécit con- tinuellement jusqu'à la fin de la course de compression.
Cette partie du mélange passe alors sous forme de jet sur l'organe d'allumage. L'allumage a toutefois lieu. avant que le piston ait atteint son point mort inté- rieur et cela d'autant plus en avance que le nombre de tours est élevé.
Le jet de mélange passant dans la chambre de combustion 4 en sortant de l'espace 11 qui se rétré- cit continuellement, provoque en passant l'allongement des étincelles électriques et par conséquent celui de leurs surfaces et augmente ainsi la surface active d allumage à laquelle le mélange senflamme . Il se forme ainsi un jet en combustion qui pénètre profondément dans la chambre de combustion 4. Dans celle-ci il forme une grande surface d'allumage, de laquelle 1'allumage se répartit dans toute la. chambre de combustion.
Le fonctionnement suivait les fig.3 et 4 est identique à celui suivant les fige 1, 2 et 5 en ce qui concerne la, combustion, mais a pour objet d'augmenter encore la vitesse de sortie de la partie du mélange refoulée de l'espace 11 dans la chambre de combustion 4.
Lorsque le piston 2 pénètre dans l'évidement du fond- l' du cylindre, la section de l'ouverture 12 de communication entre la chat-fibre de combustion 4 et l'espace situé dans le cylindre au-dessus du piston 2 diminue continuellement. Dès que l'arê- te de commande intérieure du piston 2 atteint l'arête de com-
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mat1de .2 (le 1- ' év)Ldii,ienf 10, il rie subsiste 8.t Itre la chambre de COIÜOUS"c;i.o:n :1:. et l'espace 11 que la section l,t' écot18,"l811t !2. qui est sensiblement plus e tl.'n'i,;E? (le aorte C'toP Je G' Cn;:'iy=;t11?¯ de J t es- {lace 11 est chassé a g'rc'nde vitesse :r3t dessus l. f 0:('2:.-118 d' a1.- .:jJ-l-a.se 6.
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Il atteint ce coin avant qu'il
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puisse s'y créer un- état provoquant â'wuto-alh:.inae. Comme le ou les organes d'allumage aont disposés a proximité immélédiate de la sortie de l'espace, il ne peut pas subsister entre les parties d'allumage un reste j¯rrß,o:ct: :n t de mélange qui soit aspiré par le piston au début de sa course de travail, avant d'avoir été allumé. On sait que pendant la course de compres- sion et avec l'augmentation de la pression de compression, l'opération de compression s'approche toujours plus de la
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compression isothermique, si un allumage prématuré, comme il se produisait jusqu'ici, n'ernpêche pas cet effet, en produisant, à côté de la chaleur de compression, encore de la chaleur de combustion.
La grande augmentation de la vitesse de combus- tion dans les exemples décrits, permet de provoquer l'alluma- ge plus près de la fin de la course de compression, ce qui permet de ne comprimer que du mélange non-enflammé pendant une plus grande partie de la course de compression, alors que dans les machines connues, la combustion a déjà commencé.
Ceci permet d'augmenter notablement le taux de compression et des mélanges pauvres peuvent brûler avec une vitesse suf- fisante, ce qui dans les deux cas provoque une augmentation du :rendement thermique.
La chambre de combustion 4 formée par un gradin du piston, selon la fig. 5, peut aussi être formée par un évi- dement dans le fond du cylindre. Dans ce cas le piston reste à surface plane. La chambre de combustion disposée la- téralement par rapport au cylindre., suivant la fig. 3, peut aussi être disposée de cette manière dans des machines dans lesquelles les soupapes sont disposées au-dessus du piston.
Des .essais ont montré que l'objet de l'invention permet d'augmenter notablement le taux de compression et de diminuer ainsi la consommation en combustible de plus de 20%.