<Desc/Clms Page number 1>
MOTEUR DIESEL A CHAMBRE DE PRECOMBUSTION ET PROCEDE DE FONCTIONNEMENT DE CE
MOTEUR.
La présente invention se rapporteà un moteur Diesel à chambre de précombustion et à un procédé de fonctionnement de ce moteur, procédé sui- vant lequel le combustible est injecté dans la chambre de précombustion et le contenu de la chambre de précombustion est-insufflé, tout en étant sou- mis à une combustion partielle, dans la chambre de combustion principale, grâce à l'augmentation de la pression.
Le procédé suivant la présente in- vention consiste essentiellement en ce que l'air comprimé dans le cylindre est chassé, à la fin de la course de compression des parties extrêmes du cy- lindre, vers l'embouchure de la chambre de précombustion de façon telle qu' il vienne s'accumuler sensiblement devant cette embouchure et qu'en entraî- nant le contenu de la chambre de précombustion insufflé à l'endroit d'accu- mulation de l'air, il soit transformé en tourbillon circulaire dans le ren- foncement du piston, l'axe de ce tourbillon circulaire coïncidant sensible- ment avec l'axe du jet provenant de la chambre de précombustion.
L'air est avantageusement transformé, dans le renfoncement du piston, en un tourbillon circulaire aplati,'de telle sorte que ce tourbillon circulaire soit réparti sur la plus grande partie possible de la surface supérieure du piston.
Dans certaines circonstances, il est en outre préférable de'chasser l'air des parties extrêmes du cylindre suivant des trajectoires asymétriques diri- gées vers l'intérieur, de façon telle que ces trajectoires se coupent en un endroit de la chambre de précombustion excentrique par rapport à l'axe du cylindre ; on peut ainsi disposer la chambre de précombustion de façon excen- trique correspondante à l'axe du cylindre, ce qui présente un avantage notam- ment pour de petits moteurs, avec une soupape d'admission et une soupape d'échappement. Mais on peut également prévoir, particulièrement lorsque la chambre de précombustion est disposée centralement, la formation d'un tour- billon circulaire concentrique à l'axe du-cylindre.
En outre, le procédé sui- vant la présente invention est; de préférence, mis en oeuvre de façon telle que, lorsque le moteur tourne au ralenti, lors du démarrage, le combustible soit injecté directement dans la chambre,de combustion principale, tandis qu'
<Desc/Clms Page number 2>
aux vitesses normales, le combustible est retenu dans la chambre de précom- bustion par le courant d'air en sens opposé et que l'allumage a lieu dans cette chambre de précombustiono
En outre, la présente invention consiste en un moteur Diesel à chambre de précombustion, dans lequel la chambre de précombustion est reliée, à l'aide d'un canal de jonction disposé pratiquement dans la direc- tion d'injection de la tuyère d'injection, à une chambre de combustion prin- cipale, constituée principalement par un renfoncement de piston,
le renfonce- ment du piston étant prévu de façon telle, par rapport au canal de jonction, que l'air chassé des parties périphériques du cylindre lors du rapprochement du piston de la tête de cylindre, vienne s'accumuler devant l'embouchure du canal de jonction et constitue un tourbillon circulaire dans le renfon- cement du piston, l'axe de ce tourbillon coïncidant pratiquement avec l'axe du canal de jonction.
La chambre de précombustion est, de préférence, sen- siblement sphérique, le cas échéant, quelque peu allongée-dans la direction d'injection du combustible par exemple, et elle est reliée, par un canal de jonction disposé sensiblement concentriquement dans la direction de la tuyère d'injection, à la chambre de combustion principaleo
De préférence, le renfoncement du piston a la forme d'une cavi- té aplatie, au moins approximativement circulaire, par exemple et, le cas échéant également en forme de cuiller.
Lorsque la chambre de précombustion est disposée excentriquement par rapport à l'axe du cylindre, le renfonce- ment du piston est disposé également de préférence excentriquement par rap- port à l'axe du cylindre, tandis que la chambre de précombustion ou plutôt le canal de jonction débouche excentriquement et, par exemple, obliquement par rapport à l'axe du cylindre, formant un grand angle avec la base supé- rieure du piston, dans le renfoncement -du piston. Mais on peut également (particulièrement dans de grands moteurs avec deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement) disposer le renfoncement du piston concentrique- ment par rapport à l'axe du cylindre.
L'embouchure du canal de jonction dans la chambre de combustion principale se trouve à peu près au niveau de la paroi supérieure limitant le cylindre, tandis que les parois périphéri- ques du renfoncement du piston, arrondies près du fond de ce renfoncement, forment de préférence une arête aiguë avec la base supérieure du piston se rapprochant étroitement de la tête du cylindre.
En outre, la présente invention prévoit un revêtement de la cham- bre de précombustion, par exemple approximativement sphérique et enveloppée par la chemise d'air de refroidissement, conjointement avec le canal de jon- ction, par une insertion diminuant les transferts thermiques, cette inser- tion étant de préférence en une pièceo L'extérieur de la pièce d'insertion peut être entouré d'espaces d'isolement, la pièce d'insertion peut être reliée directement à un élément de douille contenant la tuyère d'injection, par exemple de façon telle que, conjointement avec cet élément, elle puisse être détachée comme un tout de la tête de cylindre.
Aux parties périphéri- ques de la chambre de précombustion, cette pièce peut, en outre, avoir des parois d'une épaisseur inférieure à celle des parois de la partie-en forme de manchon contenant le canal de jonction.
Le volume de la chambre de précombustion correspond générale- ment à 35% à 45% du volume total de la chambre de -combustion et, pour des moteurs Diesel moyens pour véhicules, de préférence à environ 38% à 41%.
Lorsque la chambre de précombustion est disposée latéralement aux soupapes, l'axe du jet et du canal de jonction fait de préférence un angle de 20 à 30 avec l'axe du cylindre. Observée en direction de l'axe du cylindre, la surface du renfoncement du piston constitue par exemple environ 1/2 à 2/3 de la surface du piston.
Un moteur fonctionnant suivant le procédé de la présente inven- tion ou construit suivant l'invention est caractérisé par un rendement éle- vé, une faible consommation de combustible et une grande souplesse à tous les régimes, comme c'est le cas, par exemple, pour la motion des véhicules à moteur. Le moteur fonctionne pratiquement sans dégagement de fumée ni d'odeur et le démarrage est relativement facile, même lorsque le moteur est
<Desc/Clms Page number 3>
froid.
Par suite de la disposition relative des courants d'air d'une part et du jet de combustible ou du jet provenant de la chambre de combustion d'autre part, particulièrement grâce au fait que l'air est chassé de façon telle qu'il vienne s'accumuler devant l'embouchure de la chambre de précom- bustion et que le contenu de la chambre de précombustion soit injecté dans la direction du tourbillon circulaire ainsi formé, on réalise un mélange particulièrement avantageux d'air et de combustible et une répartition favo- rable de ce mélange dans la chambre de combustion principaleo La produc- tion de courants ou de tourbillons d'air excentriques ou la disposition d'un renfoncement de piston excentrique, surtout en combinaison avec un ca- nal de jonction entre la chambre de précombustion et la chambre de combus- tion principale,
disposé excentriquement et obliquement par rapport au ren- foncement du piston, offre, en outre, la possibilité d'écarter latéralement la chambre de précombustion de l'axe du cylindre dans une mesure suffisante -pour pouvoir prévoir des soupapes suffisamment grandes et un réservoir d'eau de refroidissement entourant complètement ou presque complètement la cham- bre de ¯précombustion.
Mais dans ce cas, on choisit de préférence une obli- cité qui permette que le jet de la chambre de précombustion ait encore sensi- blement la même direction que les trajectoires des courants d'air qui se font dévier mutuellement dans le renfoncement du piston
Grâce à la forme compacte, par exemple pratiquement sphérique, de la chambre de précombustion, avec une surface émettant le .moins de cha- leur possible, et grâce à son revêtement approprié, par exemple par une pièce d'insertion homogène, on réalise en outre un moteur présentant un bi- lan thermique favorable, obtenant, par exemple, un refroidissement d'une ef- ficacité uniforme aux températures élevées à l'intérieur de la chambre de précombustion, particulièrement dans la portion de cette chambre rapprochée du canal de jonction,
et empêchant une fatigue thermique non admissible des paroiso Le bord du piston, qui entoure le renfoncement dans la base supé- rieure du piston et qui se rapproche très fort de la tête du cylindre, fait, en outre, avec certitude, que la perte calorifique dans la chambre de com- bustion principale peut également être réduite au minimum. De plus, il em- pêche le dépôt nuisible de résidus de combustibles non brûlés sur les parois du cylindre.
En choisissant les dimensions du moteur et le niveau de la pres- sion d'injection de façon telle que, lors du démarrage et aux bas régimes, le combustible soit injecté directement dans la chambre de combustion prin- cipale mais qu'aux régimes normaux, au contraire, il soit retenu dans la chambre de précombustion et y soit allumé, on peut combiner, de façon ap- propriée, les avantages d'un moteur à chambre de Précombustion avec ceux d'un moteur fonctionnant suivant le principe de l'injection directe o . Le démarrage est facilité particulièrement par le fait que dans le moteur en- core froid, le combustible est injecté directement dans la chambre de com- bustion principale, donc dans les fractions de l'air comprimé qui sont les plus chaudes lors du démarrage.
Le dessin,représente schématiquement une forme de réalisation de l'objet de la présente inventiono
La figure 1 représente une coupe partielle suivant un plan pas- sant par l'axe du cylindre et l'axe de la chambre de précombustion du moteur suivant la ligne A - B de la figure 2, et la figure 2 représente une coupe horizontale à travers le moteur suivant la ligne C - D de la figure 1.
Dans le cylindre 1, à refroidissement par eau, se déplace le.pis- ton 2, qui présente le renfoncement de piston 3, relativement aplati, consti- tuant pratiquement la chambre de combustion principaleo Ce renfoncement est prévu avec une excentricité e1 par rapport à l'axe du cylindre et il a une forme pratiquement circulaire, le fond 4 du renfoncement étant entouré de parois arrondies 5,:qui forment une arête aiguë avec la surface annulaire su- périeure 6 du piston. La surface annulaire supérieure 6 du piston,.lorsque le piston occupe le point mort supérieur, se rapproche étroitement (comme on
<Desc/Clms Page number 4>
l'a indiqué), de la paroi inférieure 8 de la tête de cylindre 9, qui limi- te la chambre de combustion principale 3 vers le dessus, de telle sorte qu'entre ces deux surfaces 6 et 8, il ne subsiste qu'une étroite fente annulaire 10.
Dans la tête de cylindre sont disposées, excentriquement par rapport à l'axe du cylindre, d'une part la soupape d'admission 11 et la soupape d'échappement 12, et d'autre part la chambre de précombustion 13, la disposition étant choisie de façon telle que (comme l'indique en par- ticulier la figure 2) les parois des chambres de soupapes et de la chambre de précombustion sont entourées de tous côtés d'eau de refroidissement et ne se rejoignent nulle part. La chambre de précombustion, qui a, par exemple, une forme légèrement ovale ou en poire, est en liaison avec la cham- bre de combustion principale 3, par l'intermédiaire d'un canal de jonction 14, et fait un angle [alpha] (compris par exemple entre 20 et 30 ) avec l'axe du cylindre.
L'embouchure de la chambre de précombustion présente, dans ce cas, une excentricité e par rapport à l'axe du renfoncement du piston ou de la chambre de combustion principale 3, par exemple de façon telle que le jet de combustible sortant de la chambre de précombustion ou plutôt du canal de jonction se dirige excentriquement dans le renfoncement du piston, vers le côté opposé à l'axe du cylindreo La chambre de précombustion 13 et le canal de jonction 14 sont revêtus d'une pièce d'insertion 15, qui est constituée, par exemple, par une seule pièce et dont la face extérieure est isolée, par exemple, de la paroi de la tête de cylindre par un espace isolant 16.
L'épaisseur de la paroi de la pièce d'insertion peut être variable, elle peut être moindre aux endroits entourant les parties extrêmes de la chambre de précombustion qu'aux endroits constituant le canal de jonction ou près de ces endroits . Dans la partie supérieure de la pièce d'insertion 15 est vissée ou montée d'une autre manière, par exemple, une pièce 17 en forme de manchon, qui présente, en direction de la chambre de précombustion, un collet faisant protubérance vers l'intérieur, qui donne une forme sphérique à la chambre de précombustion. La tuyère d'injection 18 est montée dans la pièce 17 en forme de manchon, de façon telle que le jet produit soit dirigé sur le canal de jonction 14 ou plutôt traverse ce canal 'pour se diriger dans le renfoncement du piston.
Pour le démarrage du moteur, on peut aussi utili- ser, le cas échéant, un tube incandescent, qui pénètre, par exemple, d'un côté, horizontalement dans la chambre de précombustion.
Les dimensions de la chambre de combustion principale et de la chambre de précombustion sont choisies de préférence de façon telle que la chambre de précombustion constitue 35 - 45% (dans les moteurs moyens pour véhicules, de préférence 38 - 41% par exemple) du volume de l'espace de com- bustion total. L'excentricité e2 de l'embouchure de la chambre de précom- bustion par rapport à l'axe de la chambre de combustion principale dépend généralement de l'inclinaison de l'axe de la chambre de précombustion ou plutôt du canal de jonction et s'élève, par exemple, à 15 - 25% du diamètre du renfoncement du piston.
L'excentricité e2 est d'autant plus faible que l'axe de la chambre de précombustion fait un angle plus grand avec le plan de la base supérieure du piston, tandis qu'un axe se rapprochant plus de l'ho- rizontale implique, en général, une plus grande excentricité. Vu suivant la direction de l'axe du cylindre, le renfoncement du piston correspond, de préférence, à environ 1/2 à 2/3 de la surface du piston ou-.-de la section du cylindre. Le renfoncement-dû piston peut, par exemple, avoir la forme d'une cuiller, à peu près de façon telle que, du côté opposé à la chambre de précombustion, il devienne plat ou presque plat, pour constituer le bord non renfoncé du piston.
Lorsque le piston se rapproche du point mort supérieur ou lors- qu'il occupe cette¯position, l'air chassé par la fente 10, entre.le piston et la tête de cylindre, forme des courants tourbillonnaires excentriques x , x2. En tenant compte de ce phénomène, l'excentricité e2 est choisie de façon telle que les courants tourbillonnaires se coupent sur l'axe du jet de la chambre de précombustion dirigé sur le fond du renfoncement du piston, devant l'embouchure du canal de jonction 14, pouvant ainsi entraîner le con- tenu de la chambre de précombustion suivant leur trajectoire.
Le mouvement de l'air et l'effet de répartition du combustible qui en résulte persistent encore un certain temps après que le- piston a quitté le point mort supérieur,
<Desc/Clms Page number 5>
tout au moins jusqu'à ce que le phénomène d'éjection ait eu lieu. Le bord du piston empêche le contact du combustible avec la paroi refroidie du cy- lindre et ainsi, le dépôt de résidus de combustible non consumés sur la pa- roi du cylindre.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fonctionnement de moteurs Diesel à chambre de pré- combustion, dans lequel le combustible est injecté dans la chambre de precom- bustion ou plutôt à travers celle-ci, dans la chambre de combustion prin- cipale, le combustible injecté dans la chambre de précombustion y étant par- tiellement brûlé et étant insufflé dans la chambre de combustion principale sous l'influence de l'augmentation de pression, caractérisé en ce que l'air comprimé dans le cylindre, à la fin de la course de compression, est chassé des parties extrêmes du cylindre, vers l'embouchure de la chambre de précom- bustion, de façon telle qu'il s'accumule pratiquement devant celle-ci et que, tout en entraînant le contenu de la chambre de précombustion injecté à l'endroit d'accumulation d'air,
il soit transformé en tourbillon circulai- re dans le renfoncement du piston, l'axe de ce tourbillon coïncidant prati- quement avec l'axe du jet. de la chambre de précombustion.