<Desc/Clms Page number 1>
" Moteur à combustion interne "
La présente invention concerne un moteur à combustion interne et constitue un perfectionnement des moteurs du type construit dans la demande brevet déposée par la demanderesse le 3 novembre 1947 sous, le N 370.705.
Dans la dite demande de brevet, on a décrit des moyens pour réduire le phénomène d'auto-allumage dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne,enaugmentantla surface de la dite chambre sans augmenter dans la même mesure le volume, grâce à la prévision d'ondulations sur au moins une partie de la surface intérieure de la chambre de combustion.
L'auto-allumage est du à deux phénomènes ; d'unepart, la production d'une onde de choc qui se déplace en direction opposée @
<Desc/Clms Page number 2>
à celle du piston pendant la course de compression et est suffi- samment violente pour allumer le mélange carburé, ce phénomène étant habituellement appelé cognement, et d'autre part la forma- tion de points chauds qui produisent les mêmes effets, mais avec un bruit plus métallique, appelé communément cliquetis.
La présente invention a pour objet d'établir un moteur à combustion interne qui est perfectionné en tenant compte des considérations ci-dessus et qui comporte une chambre de combustion de très grande surface, tout en laissant subsister un très fai- ble volume d'espace nuisible et formant des zones infiniment nom- breuses de points chauds, qui sont tellement nombreux que le phénomène d'auto-allumage ne peut se manifester en aucun cas, l'isotherme moyen des divers isothermes passant par ces différents points étant de valeur plus faible que dans une chambre de com- bustion ordinaireo Le phénomène du cognement est également empêché grâce au fait que l'onde de choc est brisée à son origine en raison de la forme particulière de la chambre de combustion selon l'invention.
Les résultats sont obtenus, conformément à l'invention, grâce au fait que toutes les surfaces délimitant la chambre de combustion, ou une partie de ces surfaces, sont pourvues de protu- bérances et de cavités déterminées géométriquement, qui sont telles que, pour celles des dites surfaces, qui effectuent un mouvement relatif et qui sont situées très près l'une de l'autre à un moment donné du cycle, les dites protubérances ont des cavités complémentaires.
D'autres particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, qui se rapporte à un moteur à préca rbura- tion et à allumage par bougies, et plus spécialement au type de moteur qui est le plus défavorable pour obtenir un espace nuisi- ble relativement petit, notamment un moteur à soupapes latérales.
Dans le dessin annexé, qui est donné à simple titre d'exemple :
Fig. 1 est une vue partielle en coupe d'un moteur de ce genre;
<Desc/Clms Page number 3>
Fig. est une vue en coupe, à échelle beaucoup plus grande, d'une forme des protubérances situées respectivement sur la face inférieure de la culasse et sur l'extrémité supérieure du piston;
Fig. 3 est une vue en plan, prise d'en-dessous, et à échelle très agrandie, d'une partie de la face supérieure de la chambre de combustion du dit moteur, les protubérances étant disposees en quinconce;
Fig. 4 est une vue en plan, à échelle fortement agrandie, d'u- ne partie élémentaire de la surface de la chambre de combustion, pourvue d'un groupe de quatre protubérances agencées aux quatre coins d'un carré;
Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de Fig. 4 ;
Fig. 6 est une vue en coupe d'une autre forme de protubérances;
Fig. 7 est une vue en plan des protubérances selon Fig. 6, et
Fig. 8 est une vue en coupe d'une variante des protubérances selon Fig. 6.
Dans la réalisation montrée en Fig, 1, un piston 1 à extrémité en forme de dôme, coulisse dans le cylindre 2, sur lequel est fixe, avec intercalation d'un joint 3, une culasse 4 comportant une cham- bre de combustion 5 pourvue d'une circulation d'eau 6. Le corps du cylindre est pourvu d'un logement 7 pour la soupape d'échappement 8; la référence 9 indique la bougie d'allumage.
Selon l'invention, la chambre de combustion est pourvue d'une série de projections et creux alternatifs qui sont déterminés géo- métriquement et sont formés en 10 sur la surface de la culasse, en regard de la tête du piston, en 11 au-dessus des soupapes d'admis- sion et d'échappement, et en 12 sur l'extrémité supérieure du pis- ton.
Les dits creux et projections peuvent être venus de fonte avec ces organes ou peuvent être formés mécaniquement, par ex. par fraisage.
<Desc/Clms Page number 4>
Chaque surface originalement lisse, sur laquelle les protubé- rances sont formées, peut correspondre, soit à la tête des projec- tions, dans lequel cas les protubérances sont formées en fraisant les creux, soit à la base des creux, dans lequel cas les protubé- rances sont coulées en tant que projections, soit à un niveau intér- méàiaire.
La disposition des projections et creux peut évidemment varier sensiblement, à la seule condition que, pour les surfaces à mouve- ment relatif qui sont destinées à venir très près l'une de l'autre, pratiquement en contact l'une avec l'autre, à un moment du cycle, les projections de l'une correspondent aux creux de l'autre. Ainsi, comme montré en Fig. 2, une projection 10 de la culasse 4 correspond au creux 13 dans le piston 1, et inversement.
La Fjg. 3 montre une vue en plan d'une disposition des pro jec- tions et creux, selon laquelle les projections 14, entre lesquelles sont formés des creux, sont agencées en quinconce.
Dans la variante montrée en Fig. 4, qui est limitée à une sur- face élémentaire, suffisamment petite pour êtte considérée comme étant plane, les centres des projections sont disposés aux quatre coins d'un carré e f g h.
La section transversale des projections et des creux peut également affecter des formes diverses. Dans les exemples illustrés, ces protubérances sont des surfaces de révolution autour d'axes qui font un angle droit avec la surface originale.
Ainsi dans l'exemple montré en Fics. 4 et 5, chaque projection est formée par une demi-sphère de rayon 11, reliée à un élément cylindrique de hauteur 12, l'écartement des projections étant 13.
La surface formant la tête du piston est pourvue de protubé- rances identiques, dont la projection sur le plan de la Fig. 4 , et montrée en traita mixtes, forme un groupe complémentaire identique, niais déplacé par deux translations se trouvant dans le rapport:
EMI4.1
<Desc/Clms Page number 5>
(l'augmentation de surface produite par la présence d'une gorge de liaison entre deux protubérances adjacentes a éte considérée comme étant négligeable).
Avec de telles projections, l'augmentation de superficie d'un élément de surface formé par le carré A B C D de côté (il + 13) est égal à #S = #112 + 4 #11 12 le rapport #S/S est donc égal à:
EMI5.1
et dans le cas particulier où 12 = 13 = 0, on a: #S/S = #/4 = 0,785.
Les Figs. 6 et 7 montrent une variante dans laquelle les pro- jections et cavités ont la forme de pyramides à bases carrées juxta- posées, la Fig. 6 étant une section faite suivant la ligne x - x ou y - y de la Fig. 7.
Les pyramides peuvent être tronquées, comme montré en Fig. 8, leurs bases étant juxtaposées ou non, ce qui forme une réelle ondu- lation de la surface.
Le sommet de chaque protubérance forme plusieurs zones d'auto- allumage. Comme un tel auto-allumage ne peut pas se produire par- tout à la fois, cela détermine une tension thermique interne dans le mélange gazeux comprimé, de telle façon que le phénomène de cognement ne se manifeste pas et que l'allumage a lieu à l'instant déterminé par la production de l'étincelle dans la bougie, le point de départ de la combustion étant définitivement situé dans le voi- sinage immédiat de l'électrode de la bougie d'allumage.
En adoptant ces dispositions, on réalise une augmentation de
<Desc/Clms Page number 6>
la surface de refroidissement, spécialement au-dessus des soupapes, qui travaillent donc dans de meilleures conditions.
La compression peut être augmentée dans une mesure relativement élevée (de 6,6 à 9) , soit environ 30%, sans qu'il se manifeste aucun phénomène d'auto-allumage, et la consommation spécifique du moteur, alimenté en combustible à 65 octanes et fonctionnant à une vitesse de 4200 tours par minute, peut être réduite de 10% pour une pression finale de compression de 8, tandis que la puissance maximum est augmentée d'environ 5%.
Par ailleurs, il ne se produit aucune formation de carbone, de quelque source que ce soit, ni montée d'huile ou analogue.
Les protubérances affecta.nt les formes décrites pour le type particulier de moteur montré au dessin, ne retiennent pas le carbo- ne, lequel s'écaille et est évacué par les gaz d'échappement, l'é- caillement du carbone étant provoqué par le refroidissement du mo- teur et la contraction des protubérances.
En ce qui concerna le réglage de l'avance de l'allumage, une des conséquences de la disposition selon l'invention consiste en ce que dans le cas du moteur en question, pour une culasse ordinaire, le degré de l'avance de l'allumage peùt varier de 2 à 10 étant en particulier de 8 pour une pression finale de compression de 6,0.
Par ailleurs, grâce à l'emploi d'une culasse selon l'invention, il est possible de réduire considérablement les variations du point de l'avance d'allumage et même d'obtenir une avance fixe, quelle que soit la vitesse de fonctionnement ou la charge à cette vitesse.
Il résulte de ce qui précède que la construction de chambres de combustion selon l'invention produit une augmentation sensible du rendement du moteur, qui augmente de 25 à 28% sans qu'il en résulte un accroissement correspondant du prix de fabrication.
Dans l'exemple de la Fig. 1, des protubérances ont été prévues en 10, en regard du piston, en 11 au-dessus des soupapes et en 12
<Desc/Clms Page number 7>
sur l'extrémité supérieure du piston, mais il va de soi que des protubérances peuvent également être prévues autour des sièges des soupapes et sur les surfaces internes faisant face à,ou entourant des organes stationnaires ou mobiles pénétrant dans la chambre de combustion, tels qu'une bougie d'allumage, un injecteur, un dispo- sitif d'auto-allumage dirigé, etc.
Il serait également possible de prévoir des protubérances sur toute la surface interne de la chambre de combustion, comprenant les têtes des soupapes,, l'extrémité du piston, et, si on le désire, la partie interne de la garniture du bloc-cylindres, qui n'est pas balayée par le piston.
Il va de soi que, dans chaque cas, il faut choisir la forme qui assure la plus grande surface et le plus grana nombre de zones d'auto-allumage produisant une tension thermique élevée du fluide carburé comprimé, pour la compression la plus élevée, qui sont compatibles avec la présence des divers organes occupant les es- paces nuisibles à l'intérieur de la chambre de combustion, notam- ment les soupapes, bougies,d'allumage, piston, etc.
L'invention peut évidemment être appliquée aux moteurs a com- bustion interne des types les plus divers, fonctionnant a injec- tion, précarburation, avec de l'essence ou de l'huile lourde ou n'importe quel combustible, avec cycle à deux temps ou à quatre temps ou tout autre cycle, ou même à n'importe quel dispositif moteur à combustion interne comportant une chambre de combustion avec ou sans chambres de combustion successives, que leur nature soit stationnaire ou rotative.
Les protubérances sont principalement prévues dans la chambre de combustion proprement dite, mais elles peuvent s'étendre à tous les organes adjacents qui se trouvent en communication avec la dite chambre pendant la compression maximum et au début de la combustion, et ces protubérances peuvent être obtenues d'une façon très simple par coulée dans des moules métalliques, sans exiger l'emploi d'outils spéciaux.
<Desc / Clms Page number 1>
" Internal combustion engine "
The present invention relates to an internal combustion engine and constitutes an improvement of the engines of the type constructed in the patent application filed by the applicant on November 3, 1947 under, N 370,705.
In said patent application, means have been described for reducing the phenomenon of self-ignition in the combustion chamber of an internal combustion engine, by increasing the surface of said chamber without increasing the volume to the same extent, thanks to predicting ripples on at least a portion of the interior surface of the combustion chamber.
Self-ignition is due to two phenomena; on the one hand, the production of a shock wave that travels in the opposite direction @
<Desc / Clms Page number 2>
to that of the piston during the compression stroke and is sufficiently violent to ignite the fuel mixture, this phenomenon usually being called knocking, and on the other hand the formation of hot spots which produce the same effects, but with a noise more metallic, commonly referred to as rattling.
The object of the present invention is to provide an internal combustion engine which is improved taking into account the above considerations and which has a combustion chamber with a very large surface area, while leaving a very small volume of space. harmful and forming infinitely many zones of hot spots, which are so numerous that the phenomenon of self-ignition can not occur in any case, the average isotherm of the various isotherms passing through these different points being of lower value than in an ordinary combustion chamber The knocking phenomenon is also prevented due to the fact that the shock wave is broken at its origin due to the particular shape of the combustion chamber according to the invention.
The results are obtained, in accordance with the invention, thanks to the fact that all the surfaces delimiting the combustion chamber, or part of these surfaces, are provided with geometrically determined protuberances and cavities, which are such that, for those of said surfaces, which perform a relative movement and which are located very close to each other at a given moment of the cycle, said protuberances have complementary cavities.
Other particularities of the invention will emerge from the following description, which relates to a pre-cranking and spark-ignition engine, and more especially to the type of engine which is the most unfavorable for obtaining a harmful space. - relatively small ble, especially a side valve engine.
In the attached drawing, which is given by way of example:
Fig. 1 is a partial sectional view of an engine of this type;
<Desc / Clms Page number 3>
Fig. is a sectional view, on a much larger scale, of a shape of the protuberances located respectively on the underside of the cylinder head and on the upper end of the piston;
Fig. 3 is a plan view, taken from below, and on a greatly enlarged scale, of part of the upper face of the combustion chamber of said engine, the protuberances being staggered;
Fig. 4 is a plan view, on a greatly enlarged scale, of an elementary part of the surface of the combustion chamber, provided with a group of four protuberances arranged at the four corners of a square;
Fig. 5 is a sectional view taken along the line V-V of FIG. 4;
Fig. 6 is a sectional view of another form of protuberances;
Fig. 7 is a plan view of the protuberances according to FIG. 6, and
Fig. 8 is a sectional view of a variant of the protuberances according to FIG. 6.
In the embodiment shown in Fig, 1, a piston 1 with a dome-shaped end, slides in the cylinder 2, on which is fixed, with the interposition of a gasket 3, a cylinder head 4 comprising a combustion chamber 5 provided. a water circulation 6. The cylinder body is provided with a housing 7 for the exhaust valve 8; reference 9 indicates the spark plug.
According to the invention, the combustion chamber is provided with a series of reciprocating projections and recesses which are determined geometrically and are formed at 10 on the surface of the cylinder head, facing the piston head, at 11 at 11. above the intake and exhaust valves, and at 12 on the upper end of the piston.
The so-called hollows and projections can be cast with these members or can be formed mechanically, e.g. by milling.
<Desc / Clms Page number 4>
Each originally smooth surface, on which the protuberances are formed, may correspond either to the head of the projections, in which case the protuberances are formed by milling the hollows, or to the base of the hollows, in which case the protuberances. - rances are cast as projections, either at an internal level.
The arrangement of the projections and hollows can obviously vary appreciably, on the sole condition that, for the surfaces with relative movement which are intended to come very close to one another, practically in contact with one another , at one point in the cycle, the projections of one correspond to the troughs of the other. Thus, as shown in Fig. 2, a projection 10 of the cylinder head 4 corresponds to the hollow 13 in the piston 1, and vice versa.
The Fjg. 3 shows a plan view of an arrangement of the projections and recesses, according to which the projections 14, between which the recesses are formed, are arranged in staggered rows.
In the variant shown in FIG. 4, which is limited to an elementary surface, sufficiently small to be considered as being plane, the centers of the projections are arranged at the four corners of a square e f g h.
The cross section of projections and valleys can also take on various shapes. In the examples illustrated, these protuberances are surfaces of revolution about axes which form a right angle with the original surface.
So in the example shown in Fics. 4 and 5, each projection is formed by a semi-sphere of radius 11, connected to a cylindrical element of height 12, the spacing of the projections being 13.
The surface forming the head of the piston is provided with identical protuberances, the projection of which on the plane of FIG. 4, and shown in mixed treaties, forms an identical complementary group, but displaced by two translations being in the report:
EMI4.1
<Desc / Clms Page number 5>
(the increase in surface area produced by the presence of a connecting groove between two adjacent protuberances was considered to be negligible).
With such projections, the increase in area of a surface element formed by the side square ABCD (il + 13) is equal to #S = # 112 + 4 # 11 12 the ratio # S / S is therefore equal at:
EMI5.1
and in the particular case where 12 = 13 = 0, we have: # S / S = # / 4 = 0.785.
Figs. 6 and 7 show a variant in which the projections and cavities have the shape of pyramids with juxtaposed square bases, FIG. 6 being a section made along the line x - x or y - y of FIG. 7.
Pyramids can be truncated, as shown in Fig. 8, their bases being juxtaposed or not, which forms a real undulation of the surface.
The top of each protuberance forms several self-ignition zones. As such self-ignition cannot occur everywhere at the same time, this determines an internal thermal tension in the compressed gas mixture, so that the knocking phenomenon does not occur and ignition takes place. the instant determined by the production of the spark in the spark plug, the starting point of combustion being definitively situated in the immediate vicinity of the spark plug electrode.
By adopting these provisions, an increase of
<Desc / Clms Page number 6>
the cooling surface, especially above the valves, which therefore work under better conditions.
The compression can be increased to a relatively high extent (from 6.6 to 9), i.e. about 30%, without any self-ignition phenomenon occurring, and the specific consumption of the engine, supplied with fuel to 65 octanes and operating at a speed of 4200 rpm, can be reduced by 10% for a final compression pressure of 8, while the maximum power is increased by approximately 5%.
Furthermore, there is no formation of carbon from any source whatsoever, no build-up of oil or the like.
The protuberances, taking the shapes described for the particular type of engine shown in the drawing, do not retain the carbon, which flakes and is vented by the exhaust gases, the carbon scuffing being caused by the cooling of the motor and the contraction of the protuberances.
With regard to the adjustment of the ignition advance, one of the consequences of the arrangement according to the invention is that in the case of the engine in question, for an ordinary cylinder head, the degree of advance of the ignition Ignition can vary from 2 to 10 being in particular 8 for a final compression pressure of 6.0.
Furthermore, thanks to the use of a cylinder head according to the invention, it is possible to considerably reduce the variations in the point of the ignition advance and even to obtain a fixed advance, whatever the operating speed. or charge at this speed.
It follows from the above that the construction of combustion chambers according to the invention produces a significant increase in the efficiency of the engine, which increases from 25 to 28% without resulting in a corresponding increase in the manufacturing price.
In the example of FIG. 1, protrusions have been provided at 10, facing the piston, at 11 above the valves and at 12
<Desc / Clms Page number 7>
on the upper end of the piston, but it goes without saying that protrusions may also be provided around the valve seats and on the internal surfaces facing, or surrounding stationary or movable members entering the combustion chamber, such as '' a spark plug, an injector, a directed self-ignition device, etc.
It would also be possible to provide protuberances over the entire internal surface of the combustion chamber, comprising the valve heads, the end of the piston, and, if desired, the internal part of the cylinder block gasket, which is not swept by the piston.
It goes without saying that, in each case, it is necessary to choose the form which ensures the greatest surface and the greatest number of self-ignition zones producing a high thermal tension of the compressed carburized fluid, for the highest compression, which are compatible with the presence of the various components occupying the harmful spaces inside the combustion chamber, in particular the valves, spark plugs, ignition, piston, etc.
The invention can obviously be applied to internal combustion engines of the most diverse types, operating by injection, precarburization, with gasoline or heavy oil or any fuel, with a two-cycle cycle. stroke or four stroke or any other cycle, or even any internal combustion engine device comprising a combustion chamber with or without successive combustion chambers, whether their nature is stationary or rotating.
The protuberances are mainly provided in the combustion chamber proper, but they can extend to any adjacent members which are in communication with said chamber during maximum compression and at the start of combustion, and these protrusions can be obtained in a very simple way by casting in metal molds, without requiring the use of special tools.